基于EDA技术的并行FIR滤波器设计.pdf

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1、2011年第2期煤矿机电·23·基于EDA技术的并行FIR滤波器设计彭惠芹(大同大学煤炭工程学院，山西大同037003)摘要：分析了FIR滤波器的结构特点和基本原理，探讨了如何优化硬件资源利用率、提高运算速度等工程实际问题，设计了一种基于EDA技术的17阶并行FIR滤波器。经系统分析与仿真验证，该滤波器符合设计要求。关键词：FIR滤波器；EDA技术；Matlab仿真中图分类号：TN713文献标识码：A文章编号：1001-0874(2011)02—0023—03DesignofParallelFIRFilterBasedonEDATechniquePENGHui—qin(Scho

2、olofCoalEngineering，DatongUniversity，Datong037003，China)Abstract：AnalysesthestructuralfeaturesandfundamentalprinciplesofFIRfilter，discussesthepracticalengineeringproblemssuch船thewaysofoptimizinghardwareresourcesutilizationratio．improvingarithmeticspeed，designsone17orderparallelFIRfilterbased

3、onEDAtechnique．Thisfiltermeetsthedesignrequirementsbysystemanalysisandsimulationtest．Keywords：FIRfilter；EDAtechnique；Matlabsimulation1概述FIR(FiniteImpulseResponse)滤波器是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。FIR滤波器的实现有采用专用的DSP芯片和采用集成电路两种方法，前者当滤波器的系数增加或字长增长时，计算时间会成倍增

4、加，降低了最大有效数据采样率，而后者因集成电路的通用性，很难满足设计者独特的要求。EDA技术的发展提供了实现数字滤波器的新方法，借助于EDA开发工具的现场可编程门阵列FPGA系列具有密度大、运算速度快、现场可编程等特点，可以实现专用集成电路。本文基于EDA技术研究了一种采用FPGA实现的8位17阶并行FIR滤波器的设计方法。程为：y(，1)=∑bix(n—z)(1)式中b，系数与滤波器的脉冲响应是直接相关的，即bi=h(Z)。由于脉冲响应是有限长的，故FIR滤波器是指有限冲激响应滤波器，式(1)可改写为：y(，1)=∑h(1)x(n—z)(2)由式(2)可知，式中M是滤波器的阶

5、数，FIR滤波器的输出就是石(rt)与单位脉冲响应h(Z)的直接卷积。这种结构也称为抽头延迟线结构，在实现的过程中，每一抽头的信号被适当的系数(脉冲响应)加权，然后所得的乘积相加就得到输出Y(n)。再将其进行z变换，得出下面的输入、输出关系：肌)2粉2㈦∑,biZ～2荟圳)纩1(3)在硬件实现时，可以用几个不同的器件来实现，2FIR滤波器结构及原理即：延时器、乘法器和加法器。FIR滤波器有直接型、级联型和频率抽样型33兀R滤波器的设计方法及优化种基本结构，其中直接型是最常见的结构，其差分方(1)设计方法·24·煤矿机电2011年第2期FIR滤波器设计方法是以直接逼近所需离散时间

6、系统的频率响应为基础，常用的设计方法包括窗函数法、等同纹波法和借助Matlab设计FIR滤波器。1)窗函数法窗函数法的设计重点是如何选择合适的窗函数和理想滤波器。其设计FIR滤波器常用的窗函数有：矩形窗函数、三角窗(Bartlett)函数、汉宁(Han．ning)窗函数、海明(Hamming)窗函数、布莱克曼(Blackman)函数和凯塞(Kaiser)窗函数。窗函数的选择原则是：a．具有较低的旁瓣幅度，尤其是第一旁瓣幅度。b．旁瓣幅度下降速度要快，以利于增加阻带衰减。c．主瓣宽度要窄，以获得较陡的过渡带。2)等同纹波法对于线性相位FIR滤波器来说，若有可能导得的一组条件证明，

7、在最大近似误差最小化的意义下，其近似误差在通带和阻带上都是均匀分布的，该设计为最优的，则具有这种性质的滤波器便称为等同纹波滤波器。等同纹波法的优点在于通频带和抑制带偏差可以分别指定，且实现相同指标的滤波器时所用的滤波器阶数较小。3)借助Matlab设计FIR滤波器在Matlab的SIGNALPROCESSINGTOOLBOX中，有一种专门的数字滤波器设计软件模块EDA，它可以采用多种方法设计FIR滤波器，包括窗函数法和等同纹波法。只要在输入设计要求和设计方法选择后，便可计算出各阶系数，不仅以