基于FPGA高階FIR濾波器的實現

3．1 量化位數對濾波器影響

濾波器系數的量化位數與濾波器精度和消耗的硬件資源緊密聯系，利用式(14)計算量化位數對濾波器精度的影響，量化誤差如圖7所示。

err(ω)=(f(ω)-f0(ω))2 (14)

式中：f(ω)為經過量化后的頻譜特性；f0(ω)為標準的頻譜特性。

由圖7可看出，濾波器系數的量化位數越多，濾波器精度越高。當量化位數低于14位時會引入較大的誤差；當量化位數高于16位時，通帶內的量化誤差約為0，阻帶的量化誤差的均值小于0．1能夠滿足設計的需求；當量化位數高于24位時，量化誤差基本不變。綜合頻率精度，資源消耗和查找表的輸出端口為4，設計濾波器系數的量化位數為16位。

3．2 濾波器具體實現

FIR濾波器的輸入信號帶寬為10 MHz，調制頻率為70 MHz，調制系數為0．7的連續相位頻率鍵控(cpfsk)信號，根據中頻采樣定理，采樣頻率為100 MHz，則輸入信號的幅頻和相頻特性如圖8所示。

以Xilinx公司‘-10’的xc4vsx55芯片為FIR濾波器的硬件支持，應用Xilinx ISE 9．2i軟件分析存儲器個數P=4的改進型DA算法結構及存儲器個數P=8的改進型DA算法結構設計的濾波器性能，其達到最高速度分別為237．206MHz和264．589 MHz，資源消耗分別如圖9和圖10所示。由圖9和圖10比較可看出，P=4的改進型DA算法結構所消耗的資源比P=8的改進型DA算法結構所消耗的資源高很多。圖11和圖12為兩種改進型DA結構的仿真時序圖，圖中dout代表輸出信號，cnt代表時延計算信號。從圖11及圖12可看出，P=8的改進型DA結構時延為24個時鐘周期(470 ns)；P=4的改進型DA算法結構的時延為11個時鐘周期(210 ns)。綜上所述，與P=4的改進型DA算法結構相比，雖然P=8的改進型DA算法結構在時延方面存在不足，但其在資源消耗和速度等方面有明顯優勢。