【开题报告】基于FPGA的CIC滤波器的设计与仿真

开题报告

电子信息工程

基于FPGA的CIC滤波器的设计与仿真

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

基于多速率信号处理原理，设计了用于下变频的CIC抽取滤波器，由于CIC滤波器结构只用到加法器和延迟器，没有乘法器，很适合用FPGA来实现。滤波器的结构简单, 需要的存储量小, 是被证明在高速抽取和插值系统中非常有效的单元。

随着数字信号处理算法的不断优化，数字信号处理器（Digital Signal Processors, DSPs）性能的不断提高，数字信号处理技术越来越被广泛地应用在各个领域。数字信号处理技术正朝着高速高性能方向发展，因此这对数字信号处理的手段和工具也提出了更高的要求。

随着现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array, FPGA）制造工艺的不断改进，其集成度和性能的不断提高，采用FPGA对数字信号进行处理越来越受到重视。与DSP相比，FPGA有着不可比拟的优势。一方面，与DSP靠程序指针来运行程序相比，FPGA执行算法的本质是靠电路并行执行的，因此在同样的时钟频率下，使用FPGA完成数字信号处理算法要比使用DSP快得多。另一方面，由于FPGA编程灵活，资源可重新配置，使得在实现数字信号处理时更加灵活，成本更低。因此，FPGA性能的不断提高，能够满足未来复杂数字信号高速实时处理的要求。

用FPGA设计滤波器，无非是是设计一些乘累加单元，其滤波器的各种特性即滤波参数可以通过MATLAB仿真获得。所以首先要做的是确定你滤波器的设计要求，在MATLAB中仿真设计出该滤波器，从而导出滤波器系数，才能在FPGA中使用。

CIC滤波器由于其无需乘法器以及结构特殊，在移动电视直放站的数字信号处理中，可以高效地胜任抽取滤波的任务。然而C1C滤波器也有缺陷，一者通带下垂严重，二者信号折叠带衰减不充分，而且此两者难以兼顾。RS修正法和Kaiser—Hamming补偿法联合使用于CIC滤波器的改进技术中，有效地解决了该问题。

在移动通信系统中，软件无线电的概念已显得越来越重要。众所周知SRC滤波部分的一个重点就是抑制潜在的混叠部分，有一种时变CIC滤波器，他同样是通过先A倍内插再B倍抽样来实现采样率的转换。因此，改进的CIC滤波器在软件无线电中有大的重

用。

近年来，国际上高温超导微波器件的应用取得了重大突破，国内的高温超导微波应用也取得了重要进展。比如在移动通信、卫星微波接收机和气象雷达三方面的应用的非常广泛。

灵巧干扰以其干扰功率的节省和干扰效果的优势而成为近年来国内外研究的熬点。在分析灵巧干扰平台功能后。介绍一种基于FPGA的灵巧干扰硬件平台设计，FPGA 通过EMIF总线共享外部RAM，协同实现对信号的高速处理，设计并用Verilog语言编写硬件平台控制软件。实验证明，该设计在软件控制下平台能够正确工作，且满足灵巧干扰平台功能的要求。

滤波器有各种不同的分类，一般有如下几种。（1）按处理信号类型分类，可分为模拟滤波器和离散滤波器两大类。其中模拟滤波器又可分为有源、无源、异类三个分类；离散滤波器又可分为数字、取样模拟、混合三个分类。

按选择物理量分类，滤波器可分为频率选择、幅度选择、时间选择（例如PCM制中的话路信号）和信息选择（例如匹配滤波器）等四类滤波器。

按频率通带范围分类，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别，而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器，因为它有周期性的通带和阻带。

如今，滤波器的使用越来越广泛，在军事、工业、医学、农业、交通、公安、金融、测绘、气象、地质等领域已得到广泛的应用。它具有很好的发展前景，国内外对它的研究也很多，我相信在不久的将来，滤波器将会在更多的领域被人们使用，必将推动科技的发展。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

1.FPGA的工作原理，FPGA的基本特点；

2 CIC 滤波器特性，CIC滤波器的原理，CIC滤波器参数的设计；

3. 基于FPGA CIC 滤波器的设计；

4.CIC滤波器在移动电视直放站的数字信号处理中的问题；

5. 基于FPGA的CIC滤波器的仿真。

三、研究步骤、方法及措施：

1. 学习研究FPGA技术。

2. CIC (Cascaded In tegrato r Comb) f ilter, 即级联积分梳状滤波器的结构、运算速度等特点。CIC 滤波器的阻带衰减和过渡带特性及其改进方法：(1) 级联法；(2) 补

偿滤波器。，

3. 设计符合信号指标的滤波器，并在一片FPGA 上予以实现。

4. 为了快速准确的设计CIC滤波器, 首先要进行算法仿真, 然后利用VHDL进行硬件描述。将所得结果与理论输出数值进行分析比较, 从而得到相应滤波器的最终FPGA 实现形式。

四、参考文献

[1]何宾.FPGA数字信号处理实现原理及方法.清华大学出版社.2010（3）

[2]刘彬彬，林伟.基于Matlab和FPGA的CIC滤波器的设计.2010（4）

[3]张健,陈岩,王华,匡镜明.CIC 滤波器在调制器应用中的性能研究.2006（4）

[4]张杰，戴宇杰，张小兴，吕英杰. 改进型CIC抽取滤波器设计与FPGA实现.

[5]王飞，粱清华. 基于FPGA的CIC滤波器的设计.2009（4）

[6]刘流棋，金力军，陈吉锋.软件无线电中抽取滤波器的研究与FPGA实现.2006（7）

[7]辛春艳.VHDL硬件描述语言.国防工业出版社.2002.1

[8]胡振华.VHDL与FPGA设计.中国铁道出版社.2003.1

[9]东方人华.MAX+PLUSⅡ入门与提高.清华大学出版社.2004.1