文档介绍：fpga滤波器论文1绪论随着信息时代和数字通信的到来,数字信号处理已成为当今一门极其重要的学科。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。在数字信号处理领域,数字滤波器十分重要并已获得广泛应用。、加法器和延时单元组成的一种算法或装置[1]。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理,以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器一词出现在60年代中期。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展,数字滤波器已可用计算机软件实现,也可用大规模集成数字硬件实现,在近代电信设备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛,在所有的电子部件中,使用最多、技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣,所以,对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语声信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域(如通信、雷达、声纳、仪器仪表和地震勘探等)都得到了广泛的应用[2]。数字滤波器按冲激响应持续时间的不同可分为有限冲激响应(FIR)滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器。IIR滤波器的特点如下[3]:1)IIR数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式。2)IIR数字滤波器采用递归型结构,即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成,可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式,都具有反馈回路。由于运算中的舍入处理,使误差不断累积,有时会产生微弱的寄生振荡。3)IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果,如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等,有现成的设计数据或图表可查,其设计工作量比较小,对计算工具的要求不高。在设计一个IIR数字滤波器时,我们根据指标先写出模拟滤波器的公式,然后通过一定的变换,将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。4)IIR数字滤波器的相位特性不好控制,对相位要求较高时,需加相位校准网络。FIR滤波器有以下特点:1)系统的单位冲激响应h(n)在有限个n值处不为零;2)系统函数H(z)在|z|>0处收敛,极点全部在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,但有些结构中(例如频率抽样结构)也包含有反馈的递归部分。)可编程逻辑器件发展为硬件实现数字滤波器提供了工程支撑20世纪70年代,最早的可编程逻辑器件EPLD诞生了。其输出结构是可编程的逻辑宏单元,因为它的硬件结构设计可由软件完成(相当于房子盖好后人工设计局部室内结构),因而它的设计比纯硬件的数字电路具有很强的灵活性,但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为弥补EPLD只能设计小规模电路这一缺陷,20世纪80年代中期,推出了复杂可编程逻辑器件CPLD。目前应用已深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等方面。CPLD是从PAL和GAL器件发展出来的器件,相对而言规模大,结构复杂,属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台,用原理图、硬件描述语言等方法,生成相应的目标文件,通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中,实现设计的数字系统。既具有门阵列的高逻辑密度和高速度,又具有可编程器件的用户可编程特性时性要求,特别适合高并行度结构特点的数字信号处理任务。CPLD具有编程灵活、集成度高[4]、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点,可实现较大规模的电路设计,且运用硬件描述语言将相关的信号处理电路进行硬件描述,用CPLD技术实现数字通信系统,不仅可以实现多种数字逻辑功能,而且可大大提高工作效率,减少电路设计的时间和可能发生的错误,同时也可降低开发成本。因此CPLD器件在通信领域获得广泛应用,特别是在差错编码技术、信息加密技术、位同步信号提取技术、复接技术、串行异步通信等方面更是应用广泛[5],因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10000件以下)之中。几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件。CPLD器件已成为电子产品不可缺少的组成部分。本文则以CPLD器件为基础对五路实时处理数字滤波器的设计与实现进行介绍和探讨,并且针对信号的特点选择滤波方式,主要内容为CPLD在通信系统中信号处理方面的应用。随着数字技术日益广泛的应用,以现场可编程门阵列(FPGA)为代表的ASIC器件得到了迅速普及和发展,器件集成度和速度都在高速增长。FP