基于分布式算法的数字滤波器设计

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1、万方数据第29卷第10期2008年lO月仪器仪表学报ChineseJournalofScientificInstrumentV01．29No．10Oct．2008基于分布式算法的数字滤波器设计魏灵，杨日杰，崔旭涛(海军航空下程学院信息融合研究所烟台264001)摘要：本文对基于分布式算法的FIR数字滤波器设计进行了研究．在完成了以FPGA和单片机为核心的硬件设计的基础上，将分布式FIR算法应用于FIR滤波器设计，实现了16阶FIR滤波器的设计和调试，并对算法进行优化使其能够设计更高阶次的滤波器。由于FIR

2、滤波器所具有的种种优点，在实际电路中被广泛运用。本文将分布式算法引入到滤波器设计中，实现了．高阶滤波器的设计。实验结果表明，所设计的硬件具有程序下载方便、便于扩展、通用性强等特点；分布式算法极大地减少了对FPGA资源的占用、有效提高了FPGA内部资源的利用率；滤波器性能指标满足设计要求。关键词：FIR滤波器；FPGA；分布式算法中图分类号：TN713文献标识码：A国家标准学科分类代码：460．40DesignofFIRfilterbased011distributedarithmeticanditsFPG

3、AimplementationWeiLing，YangRijie，CuiXutao(DepartmentofElectronicEngineering，NavalAeronauticalInstitute，Yantai264001，China)Abstract：ThedesignofFIRfilterbasedondistributedarithmeticiSresearchedinthispaper．BasedonthehardwaredesignedusingFPGAandsinglechipmicr

4、ocomputerasthecore，thedistributedarithmeticwasappliedinthedesignofFIRfilteranda16orderFIRfilterwasdesignedandtested．Theresultsshowthatthedesignedhardwarefeaturesconvenientprogramdownload，easyexpansionandstronguniversality．Thisdistributedarithmeticcancutdo

5、wntheconsumptionofhardwareresourcesgreatlyandimprovetheutilizationofresourceseffectively．TheperformanceofthedesignedfiltermeetsthedesignrequirementKeywords：FIRfilter；FPGA；distributedarithmetic1引言由于外界环境的干扰，在信号处理过程中，需要利用滤波器将位于某一特定频段的信号提取出来。模拟滤波器是以电容、电阻、运算放大

6、器等模拟元件为基础构成的具有选频作用的电路。但由于模拟元件所固有的一些缺陷(如：元件对温度变化、老化的敏感，现代亚微米设计带来的噪声等)，取而代之的是采用数字方式实现的滤波器。随着数字信号处理技术的不断发展，采样速率也不断提高。DSP芯片和集成滤波芯片由于运算速度、阶数和字长的限制已经不具备实现FIR滤波器的能力。而收稿日期：2007-04ReceivedDate：2007-04·基金项目：国家白然科学基金(60572161)资助项目FPGA在对数据进行实时处理方面具有巨大的优判¨。本文将介绍基于Aher

7、a公司的flex6000系列FPGA的FIR滤波器设计，在对分布式算法理论研究的基础上，完成了滤波器的硬件结构设计和软件编程实现。并给出测试结果。2算法描述2．1FIR的基本概念￡阶带有常系数FIR滤波器的输出Y(n)与输入序列省(n)之间为卷积关系：L—Iy(n)=菇(n)宰^(It)=∑x(k)h(n一后)(1)I=0万方数据第10期魏灵等：基于分布式算法的数字滤波器设计2101式中：茗(n)为输入信号序列，y(n)为输出信号序列，^(n)为系统的单位脉冲响应。传统实现方法如图1所示。对于具有线性相位

8、滤波器，系数偶对称，即：^(n)=^(￡一万一1)‘21。x(L—1)珂1)板o)L呻乘q督法I弛一1)^(1)厅(o)卜呻器图I传统实现方法Fig．1Classicalmethod在FPGA中直接作乘法运算十分耗费资源，利用传统方法只能设计阶数很低的滤波器。例如利用Altera公司的flex6000系列FPGA芯片EPF6016QC240-3，采用传统方法实现12位4阶FIR滤波器，其平均设计效率口1为52％，且逻辑单元的占