對FIR數字濾波器的FPGA實現的研究

　　3 實例設計與仿真

　　3．1 FIR濾波器的設計

　　利用Matlab中的FDATool工具設計一個33階，Fs=48kHz，Fc=10．8 kHz的FIR濾波器，其幅值、相位響應見圖3。為了便于FIR濾波器的FPGA實現，減小誤差，將濾波器的系數量化取整后，在FPGA中實現采用的濾波系數為{-11，14，18，-11，-25，4，32，6，-38，-21，43，45，-47，-96，50，319，457，319，50，-96，-47，45，43，-21，-38，6，32，4，-25，-11，18，14，-11}。

　　3．2 FIR濾波器的FPGA實現與仿真

　　在Xilinx 10．1 ISE平臺中，選用Virtex-5系列的XC5VSXT50T器件，用Verilog HDL語言設計串行結構、并行結構的、以及DA結構，并在ModelSim中對3種結構實現進行仿真。設計中輸入數據的位寬設為16位，而輸入數據在運算處理前位寬擴展到17位。所用仿真激勵為單位階躍響應，時鐘周期為Tck=10 ns。ModelSim中的仿真結果如圖4所示。

　　圖4中依次為改進的串行實現，并行實現和DA實現的仿真結果，其濾波周期分別為180 ns，10 ns和180 ns。上述設計的改進串行結構、并行結構和DA結構分別在XC5VSX50T中實現后，所消耗的FPGA內部各種資源如表1所示。

　　從表l可以看出，并行實現消耗的資源最多，其次是DA實現，最小是串行實現。而從濾波速度上來看，并行濾波速度最快，1個時鐘周期便可濾波1次；而串行實現速度慢，其濾波周期取決于濾波器的階數，對17階的對稱濾波器而言，濾波一次占9個時鐘周期，濾波輸出占1個時鐘周期；相對串行實現和并行實現，DA實現的濾波周期取決于處理的數據寬度，上述設計中DA實現的濾波處理數據位寬是17位，所以濾波一次占17個時鐘周期，濾波輸出占用1個時鐘周期。

　　4 結束語

　　在實際應用中，當濾波器設計對濾波速度要求不高時，可采用串行結構或改進串行結構來實現，這樣可以選取資源較少的器件，降低設計成本；當對濾波速度有較高要求時，可以考慮采用并行或DA來實現。并行實現濾波周期為時鐘周期，速度快，但消耗的資源多，成本高；DA實現速度較快，消耗的資源較少，成本耗費較低。在數字多普勒接收機的實現過程中，根據接收機的性能要求以及所選用的FPGA器件資源，選取最優的FlR濾波器實現結構。隨著FPGA查找技術的發展，具有較快的濾波速度和消耗較少資源的DA算法在FIR數字濾波領域得到了廣泛應用。