基于fpga的fir滤波器设计与仿真

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1、基于FPGA的FIR滤波器设计与仿真宋承文，魏选平，刘浩淼（第二炮兵工程学院，西安710025）摘要：FIR数字滤波器以其良好的线性相位特性被广泛使用，属于数字信号处理的基本模块之一。FPGA具有的灵活的可编程逻辑可以方便的实现高速数字信号处理。为了提高实时数组信号处理的速度，利用FPGA芯片内部的ROM实现一种查找表结构的FIR数字滤波器。并用MATLAB对实验结果进行仿真和分析，证明了设计的可行性。关键词：FIR滤波器，硬件描述语言，查找表，FPGADesignandSimulateofFIRdigitalfilterbasedonFPGASong

2、cheng-wen,Weixuan-ping,Liuhao-miao(TheSecondArtilleryEngineeringCollege,XI’AN710025)Abstract:TheFIRdigitalfilteriscommonlyusedfordigitalsignalprocessingbecauseofthegoodlinearphasecharacter.Itisabasicmodelofdigitalsignalprocessing.FPGA(fieldprogrammablegatearray)hasflexibleprogra

3、mmablelogicwhichcanrealizehighspeeddigitalprocessingconveniently.Inordertoimprovethereal-timedigitalsignalprocessing’sspeed,usingFPGAchipinside’sROMconstructaLUT(look-up-date),actualizeFIRdigitalfilterdesign.TheresultoftheexperimentissimulatedandanalyzedbasedonMATLAB.Itprovesthe

4、feasibilityofthisdesign.KeyWords:FIRdigitalfilter,VHDL,LUT,FPGA0引言数字滤波器是数字信号处理的重要组成部分，其作用是从接收信号中提取出需要的信息同时抑制干扰，由于FIR滤波器的冲激响应是有限长的，因而有可能做成具有严格线性相位的。通常用以下两种方法来实现数字滤波器：一种方法是把滤波器所要完成的运算编成程序并让计算机执行，也就是采用计算机软件实现；另一种方法是设计专用的数字硬件、专用的数字信号处理器或采用通用的数字信号处理器来实现[1]程佩青.数字信号处理教程[M].北京：清华大学出版社.2

5、004:2021]。常用的实时数字信号处理的器件有可编程的数字信号处理(DSP)芯片、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。在工程实践中，往往要求对信号处理要有高速性、实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这几方面的要求。随着电子信息技术的快速发展，很多信号处理器件开始用FPGA来取代传统的实现方法。与传统的实现方法相比，FPGA的显著优点是它的并行处理特性，可以显著提高滤波器的数据吞吐率[2]刘凡.基于FPGA的数字滤波器设计与实现——滤波器自动生成系统设计[D].江南大学学位论文.2009:12]。随着可编

6、程逻辑器件和EDA技术的发展，使用FPGA来实现数字信号处理，既具有实时性，又兼顾了一定的灵活性。FPGA具有的灵活的可编程逻辑可以方便的实现高速数字信号处理，突破了并行处理、流水级数的限制，有效地利用了片上资源，加上反复的可编程能力，越来越受到国内外从事数字信号处理的研究者所的青睐[3]李文刚.基于FPGA的高速高阶FIR滤波器设计[D].电子科技大学学位论文.2005:13]。1.FIR滤波器的结构特点数字滤波器通常分为有限脉冲响应(finiteimpulseresponse,FIR)和无限脉冲响（infiniteimpulseresponse,I

7、IR）两大类。FIR滤波器由以下几个特点：(1)系统的单位冲击响应h(n)在有限个n值处不为零；(2)系统函数H(Z)在处

8、Z

9、>0收敛，在

10、Z

11、>0处只有零点，有限平面只有零点，而全部极点都在Z=0处（因果系统）；(3)结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，但有些结构（例如抽样频率结构）也包含有反馈的部分；设FIR滤波器的单位冲击响应h(n)为一个点序列，，则滤波器的系统函数为：（1-1）就是说他有N-1阶极点在z=0处，有个N-1零点位于有限z平面的任何位置。FIR滤波器有以下几种基本结构：一、横截型（卷积型、直接型）；二级联型；三、频率抽

12、样型。在这里，我们主要讨论直接型FIR滤波器的实现。(1)式的系统的差分方程表达式为：（1-2