最新Design note for DF培训资料.doc

《最新Design note for DF培训资料.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、DecimationFilterforSigma-deltaADC1滤波器的Simulink建模仿真与FPGA验证流程1.1数字滤波器的Simulink建模方法MATLAB/Simulink是动态系统建模、仿真和分析的绝佳平台，基于该工具的数字滤波器设计方法主要有三种：1）用MATLAB的signalprocessingtoolbox完成滤波器的结构参数计算（如IIRfilter的分子、分母多项式系数，FIRfilter的抽头系数），然后用simulink的basicblockset和signalprocessingblockset当中的基本模

2、块或子系统功能模块完成filter的设计；2）用MATLAB的filterbuilderGUI功能完成滤波器的设计，在commandwindow中键入filterbuilder即可启动设计流程；3）用signalprocessingblockset中的FDAtoolGUI完成滤波器的设计，相应的模块如图1.1所示。本文档的滤波器设计主要借由FDAtool完成，MATLAB版本为R2007b。图1.1simulink中FDAtoolGUI的启动模块——FilterRealizationWizard1.2数字滤波器的特性分析与仿真Filter的外部

3、特性由激励响应确定：时域特性包括冲激响应、阶跃响应等，FIRfilter的冲激响应即为抽头系数序列，而一般filter的阶跃响应可确定其动态调整过程，包括瞬态与稳态行为；频域特性，包括幅频特性与相频特性，是滤波器性能的重要衡量标准。经典滤波器根据幅频特性可分为低通、高通、带通和带阻滤波器，图1.2所示为低通滤波器的幅频特性，其主要性能指标包括：通带纹波δ1,阻带纹波δ2，通带边缘频率ωp，通带最大衰减，阻带边缘频率ωs，阻带最小衰减，以及过渡带宽度b。图1.2低通滤波器幅频特性曲线性能优越的滤波器要求通带尽可能平坦，阻带衰减尽量大，同时过渡带尽

4、量窄，以充分滤除带外噪声，提高信号的信噪比。滤波器的阶次和复杂度随滤波器性能的提高而增加。滤波器的相频特性描述了不同频率成分的相位延迟情况，可提取的参数指标包括相位延迟与群延迟。当群延迟为常量时，相应的离散系统为线性相位系统，信号经滤波传递之后不会发生相位失真。FIR系统较易实现线性相位，当其满足奇偶对称关系时，群延迟，N为单位抽样响应序列的长度。一般滤波器设计都采用FIR系统，并且通常为滤波器I型。首先由于FIR系统的单位抽样响应序列，因此系统总是稳定的，其次FIR系统较易获得线性相位，而且结构简单易于实现，主要包括直接型、转置型和对称型结构

5、，也可以采用分布式算法等快速实现FIR系统。图1.3所示为FIR系统的对称结构，直观上可以节省近一半的乘法操作，即(1)图1.3FIR系统的对称结构FIR滤波器的设计方法主要有窗函数法、频域抽样法和切比雪夫最佳一致逼近法。从数值分析角度讲，窗函数法是最小平方意义的傅里叶级数法。频域抽取是基于N点理想滤波器频域序列Xd(k)和DFT的插值方法。而基于交错点组定理的切比雪夫最佳一致逼近，则是对性能控制得最精确的数值逼近方法。故高阶滤波器的抽头系数通常采用最佳一致逼近方法获得，首先在MATLAB中根据滤波器性能指标和通、阻带权重比例，先用remezo

6、rd函数估计阶次N-1，再用remez函数通过迭代的方式（remez算法）确定极值频率点，进而确定滤波器系数。而一些简单结构的FIR滤波器也有其特殊通途，并且易于实时实现，如平均滤波器、梳状滤波器和平滑滤波器等。在Simulink中，滤波器的幅频响应的分析观察需借助FFT模块。图1.4所示是MACFIRfilter的频谱特性测试模型，滤波器的抽头系数由FDAtool获得，MACBasedFIR的系数为定点量化数据，ReferenceFilter的系数为64-bit双精度浮点数据，仿真结果见图1.5。图1.4滤波器的频率响应分析(a)系数定点化结

7、果(b)系数未量化结果1.5(c)二者对比，红色为(a),蓝色为(b)1.3从Simulink到FPGA实时验证Simulink完成行为建模与仿真之后，到FPGA平台的实时验证方法主要有两种（FPGA的验证平台为XilinxSpartan3E）：1）由HDLcoder生成HDL代码，再导入Modelsim仿真，经代码功能验证之后，导入XilinxISE，通过综合(XST或Synplify作为综合器)、映射、布局布线等步骤后生成bitstream文件，便可通过iMPACT软件和JTAG总线下载到XilinxFPGA中。为了实时检测、分析片内信号，

8、需要在工程中嵌入Chipscope内核，然后利用Xilinx的ChipscopePro软件在线完成逻辑分析与显示功能。2）由FDAtool得到滤波器的