2017年全国大学生电子设计竞赛自适应滤波器(E题)报告

信号输入
同相参考 正交参考
FIR
+
-
滤波器输出
信号输出
FIR
更新滤波器值
误差信号
LMS
图 3 LMS 算法流程图 6
四.测试方案与测试结果
使用仪器 DG4162 信号源/频率计……1 台 DS1102E 示波器……1 台 测试项目 详细测试方案请见附录。测试结果如表 1 和表 2。
表 1 基本要求测试结果
滤波器
频率差≥100Hz 时，输出能够恢复
时，输出能够恢复 输入信号，幅度频
输入信号，幅度频 率误差均小于
率误差均小于
10%，滤波器对有
10%，滤波器对有 用信号衰减小于
用信号衰减小于 1%
1%
是否 达标 是
是
是
测试方案简述 与测量仪器 DG4162 函数发生器 DS1102E 示波器 示波器频率计 DG4162 函数发生器 DS1102E 示波器 示波器频率计
DG4162 函数发生器 DS1102E 示波器 示波器测输出信号幅 度、频率 测试方案按照题目说明 3
表 2 发挥部分测试结果
测量项目 2.1 自适应滤 波器
2.2 自适应滤 波器
题目指标
完成情况
输入输出均正弦， 输入输出均正弦，频
频率差≥100Hz 率差≥100Hz 时，输
时，输出能够恢复 出能够恢复输入信
4）自适应滤波器模块
方案一：采用模拟方案。 由参考信号生成两路正交信号分别和输入信号相乘, 再通过积分器得到一对 正交信号的权值，然后分别与两路正交信号相乘得到干扰信号。最后用模拟减法 器减去干扰信号即可实现滤波。 方案二：采用数字方案。 将干扰信号源和加法器的输出信号通过 AD 采样后输入到 ARM 处理器中。 在 ARM 中设计多个陷波器分别滤除干扰信号的固定谐波。基波频率通过 LMS 自适应算法跟踪锁定，再通过 DDS 还原干扰信号，再通过与有用信号源的运算 操作滤除干扰信号。 提一下 ZYNQ 的 PL PS 或在框图上 否则后面直接就用 到了。 综上，方案二实现相对容易，修改参数较为方便，因此选取方案二。
测量项目
题目指标
完成情况
1.1 加法器 输入峰峰值 1~2V 实现 10~100kHz
频率 10~100kHz 内任意频率信号
相加
1.2 移相器 10~100KHz 内点 10~100KHz 内任
频上相位 0~180 意相位可调，放大
度可调，放大倍数 倍数 1±0.1 以内
控制在 1±0.1
1.3 自适应 输入输出均正弦， 频率差≥100Hz
二.理论分析与计算
1.加法器模块
加法器模块采用同相比例运算电路。电路输入和输出成线性叠加关系,输出
和输入满足以下关系式：
Vout

(
R1 R2 R2
)(VIN
1
R3 R3 R4
VIN 2
R4 ) R3 R4
(1)
设 R1 R2 R3 R4 =10KΩ, 则 Vout VIN1 V IN 2 ，实现了两路信号相加。电路见附录图
3
自适应滤波器(E 题)
【本科组】
一.系统方案
1.方案比较与选择
1）加法器
方案一：采用 AD8510 放大器制作加法器 采用 ADI 公司的通用运算放大器 AD8510 制作加法器。AD8510 增益带宽积 典型值为 8MHz,具有低噪声,低偏置的特点，此方案可以选择对信号进行相加,同 时将信号源和后级隔离开来,适合这次低频段运算使用。 方案二：采用 OPA1612 制作加法器 采用 TI 公司的低噪声精密放大器 OPA0611 实现加法器。OPA1611 具有 40MHz 的单位增益带宽，具有超低噪声和超低失真，性能较好。 综合以上两种方案，方案二相对简单,性能较好，故选择方案二。
有用信号源
频率计
参考信号源
DLL
DDS
…
sinx cosx
sin3x cos3x
· ·
sin·11x cos11x
PS
LMS
LMS LMS
++ 加法
器
+
图 2 PL 部分流程图
（2）PS 部分 PS 部分主要完成 6 路信号的 LMS 算法，得到各路滤波输出信号。 单路信号的 LMS 算法流程图如图 3 所示。
1.1 方案比较与选择.............................................................................................. 4 1.2 方案描述.......................................................................................................... 5
二．理论分析与计算 ................................................................................5
2.1 加法器模块...................................................................................................... 5 2.2 移相器模块...................................................................................................... 6
四．测试方案与测试结果 ........................................................................9 五．结论 ..................................................................................................10
1。
2.移相器模块
移相器模块采用三个级联的一阶全通滤波器，实现了 0～360°相移。电路图 见附图 2。
其传输函数为：
H j 1 jc1R2
(2)
1 jc1R2
幅频特性为：
H j 1
(3)
相频特性为：


j



2 arctan

1 R2c1

输入信号，幅度频 号，幅度频率误差均
率误差均小于
小于 10%，滤波器对
10%，滤波器对有 有用信号衰减小于
用信号衰减小于 1%
1%
输入三角波和方 输入三角波和方波信
波信号，频差大于 号，频差大于 10Hz，
10Hz，输出恢复 输出恢复波形与输入
（2）移相器设计 具体见附图 2。使用三个一阶全通滤波器级联实现 0～360°内任意连续相移。
2.程序设计
作为本系统主控芯片，Xilinx ZC7020 作为整个系统主控。主要分为两部分， PS 和 PL 部分。
（1）PL 部分 参考信号进入 PL 测频模块和 PLL 模块，得到相位控制字控制 12 路 DDS 产 生 6 对正交信号送入 PS 端，经 PS 完成 LMS 算法后，将计算得到的误差信号送 入 PL，与有用信号相减后输出。 其流程图如图 2 错误!未找到引用源。所示
关键词：SOC,移相器,自适应陷波器,LMS 算法
Abstract
This design is based on ZYNQ-7000 platform as the core of the adaptive notch filter, realize automatic tracking and filtering of the interference signal within the useful signal falls in bandwidth. The design includes adder module, phase shifter module, an adaptive filter module. The two parts module implemented by analog method, the core module mainly is using digital adaptive filter scheme. The adder module achieve superposition of useful signal and interference signal source, phase 0-180 of the output signal of the adder to achieve phase shifter module, adaptive filter module adopts parallel LMS algorithm, to achieve the automatic tracking and filtering of signal interference.
三．电路与程序设计 ................................................................................7
3.1 电路设计.......................................................................................................... 7 3.2 程序设计.......................................................................................................... 7