基于fpga的iir带通数字滤波器设计与仿真

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1、基于FPGA的IIR带通数字滤波器设计与仿真　【摘要】该文给出了用Matlab设计IIR带通数字滤波器的方法，利用Matlab语言进行程序设计出二阶环为基础的并联结构模型，通过在Matlab环境下仿真软件Simulink对设计的带通滤波器进行了动态仿真，确定了滤波器系数的量化字长。从仿真结果来看，设计的带通数字滤波器既满足滤波器的选频特性，又优化了硬件资源。在实际的应用中，可以根据不同FPGA资源灵活修改滤波器系数，在不同规模的FPGA上实现。　　【关键词】无限脉冲响应；带通数字滤波器；量化字长；现场可编程门阵列　　　　1.引言　　

2、在数字信号处理的领域内，数字滤波技术是极其重要的一个分支。无论是信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开数字滤波，它对于信号安全有效的传输是至关重要的[1]。在主要的两类数字滤波器中，IIR（无限脉冲响应）滤波器被广泛使用。　　Matlab是美国Mathatlab自带的信号处理工具箱，具有强大的信号处理和分析功能，它提供了丰富简便的设计，使原来繁琐的程序设计简化成函数的调用，这样便可以快速有效的实现数字滤波器的设计与仿真。　　FPGA（现场可编程门阵列）以其优越的实时性和设计灵活性成为了控制系统中不可或缺的一部分，它可利用Si

3、mulink设计仿真的有限字长IIR滤波器自动生成VHDL或Verilog代码，下载至FPGA实现滤波器功能[3]。本文研究了基于FPGA有限字长的IIR带通数字滤波器的相关理论，设计方法及仿真。　　2.IIR数字滤波器设计基本原理　　数字IIR滤波器的设计都是基于模拟IIR滤波器，之后将其转化为等价的数字滤波器[4]。其中冲击响应不变法是一种较为常用的方法。其总的变化流程如下：　　(1)　　考虑到传统滤波器计算量大，滤波特性不宜调整等缺点，如何解决这些问题便显得极为关键。利用Matlab强大的数字信号处理和计算能力可快速有效的设计

4、数字滤波器，不仅极大的简化了计算量，而且它可以随时对比设计要求和滤波器特性进行参数调整，方便灵活[5]。　　3.基于FPGA的IIR滤波器设计　　3.1滤波器设计方法的选择　　高阶IIR数字滤波器的系统传递函数可表示为：　　根据滤波器传递函数H(z)的不同表达形式，可以得出不同的实现结构。相对较为常用的3种结构为直接型，级联型和并联型。其中直接型对系数的敏感度最高，受有限字长造成的影响最大。级联型H(z)的连接顺序具有很大的自由度，因此在实际设计中这些组合方式，比例变化和H(z)的连接顺序等都会产生很大的问题。并联型滤波器则可以很好

5、的克服上述两种结构的缺点，因此在滤波器极点不重复时，并联型滤波器被广泛使用。　　在相同性能的要求下，椭圆滤波器比巴特沃斯和切比雪夫滤波器所需的阶数低，且过渡带窄，可获得更好的选频特性。　　3.2Matlab程序设计　　通过Matlab设计的带通滤波器部分代码如下：　　N=5;　　atlab程序法设计的IIR带通滤波器，采用的是椭圆模型5个二阶环并联的10阶带通滤波器，通过对滤波器的系数进行量化处理，然后在Simulink环境下进行了动态仿真，确定了最终的量化字长，从仿真结果来看验证了滤波器良好的选频特性。在实际应用中，可根据FPGA

6、硬件资源情况，灵活的修改滤波器系数从而改变滤波器频率响应，根据Simulink生成的Verillog代码下载至FPGA硬件上实现滤波性能。