基于FPGA的FIR滤波器的设计.pdf

FPGA（现场可编程门阵列）技术在现代数字信号处理领域发挥着重要作用，尤其是在FIR（有限脉冲响应）滤波器的设计中，FPGA以其优越的并行处理能力和可重配置性，为数字信号处理提供了一种灵活高效的实现途径。本文主要围绕基于FPGA的FIR滤波器设计，介绍了使用DSPBuilder这一设计工具的原理和流程。 文章指出数字滤波器的两大类：IIR（无限脉冲响应）和FIR。IIR滤波器设计简单，但难以获得线性相位响应，且系统稳定性不易保证。相反，FIR滤波器虽然计算量较大，但容易实现线性相位响应，并且系统稳定，没有极限环的问题。基于FPGA的FIR滤波器设计，可以有效克服传统DSP处理器速度上的限制，尤其适合处理高阶滤波器的问题。 文章详细介绍了FPGA实现FIR滤波器的几种常见方法，包括专用DSP芯片、专用滤波电路、计算机系统配合加速处理机、通用可编程DSP芯片以及采用FPGA/CPLD设计实现。FPGA/CPLD因其良好的并行性和速度优势，以及现场可配置特性，已成为数字信号处理系统设计的首选方案。 为了提高FPGA设计的效率，文中提到使用DSPBuilder这一系统级设计工具。DSPBuilder是Altera公司推出的产品，它依赖于MathWorks公司的Matlab数学分析工具，并以Simulink模块集的形式呈现。使用DSPBuilder，设计者可以利用图形化的设计和仿真环境进行设计工作，并通过SignalCompiler工具将Matlab/Simulink的设计文件(.mdl)转换成VHDL设计文件(.vhd)以及用于综合和编译的TCL脚本。这一过程极大地提高了设计效率，使得无需了解VHDL语言的设计者也能完成整个设计过程。 文章详细介绍了基于DSPBuilder的FIR滤波器设计方法，其中包括三种不同的滤波器模型建立方法，通过对这些方法的分析比较，采用其中最佳方案建立高阶FIR滤波器模型。接着，设计者分别采用DSPBuilder进行算法仿真和Modelsim进行功能仿真。仿真结果验证了所提出设计方法的正确性和可行性，并表明了整个设计流程的快速性和灵活性。 在技术层面，FPGA的并行处理能力意味着在FIR滤波器设计中，可以并行执行多个乘法和加法操作，大大提高了数据处理速度，特别是对于高阶滤波器而言，这种并行处理带来的速度优势尤为明显。此外，FPGA的现场可重配置性使得设计更加灵活，能够根据需要快速调整滤波器参数，或者进行系统升级。 文章最后强调，FPGA在数字信号处理领域的应用正在快速增长，特别是在处理速度要求极高且需要高度灵活设计的场合。FPGA配合DSPBuilder工具，为设计者提供了一种快速实现复杂FIR滤波器的新方法，对于需要实现高性能数字信号处理系统的开发者而言，这无疑是一个非常有价值的设计途径。