基于FPGA的高效FIR濾波器設(shè)計與實現(xiàn)

　　表2所列是不同結(jié)構(gòu)濾波器的綜合結(jié)果。其中并行結(jié)構(gòu)是最差的一種結(jié)構(gòu)， 它占用資源多、速度慢； 串行LUT-DA結(jié)構(gòu)， 雖然占用資源少，最大工作頻率高， 但畢竟是串行結(jié)構(gòu)， 不能在一個時鐘節(jié)拍完成對一個采樣點的濾波運(yùn)算； 而流水線CSD-DA結(jié)構(gòu)則無論在速度， 還是面積上，都具有比較明顯的優(yōu)勢。如果工作時鐘為75MHz， 那么， 一個時鐘節(jié)拍便可以完成一次輸出， 處理330個采樣點的單通道信號僅需4.4μs，可以滿足測井實時性要求。

表2 濾波器的綜合結(jié)果

　　4 結(jié)果分析

　　為了驗證濾波器的功能是否正確， 可對本設(shè)計在Modelsim中進(jìn)行仿真。若原始波形為帶噪聲的聲波信號， 那么， 其濾波的結(jié)果如圖4所示。

圖4 濾波器在Modelsim中的仿真結(jié)果

　　圖5所示是濾波器在Matlab中的仿真結(jié)果， 可以看出， Modelsim和Matlab的仿真結(jié)果一致。在頻域上， 對比圖5 (a) 和圖5 (b) 可以看到， 其濾波后的波形只保留了5kHz~18kHz的頻譜部分， 這說明流水線CSD-DA結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波器設(shè)計正確。

圖5 濾波器在Matlab中的仿真結(jié)果

　　5 結(jié)束語

　　本文詳細(xì)講述了通過Matlab工具設(shè)計FIR線性相位濾波器的方法， 并針對聲波信號設(shè)計了優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的流水線CSD-DA結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)具有較明顯的速度和面積優(yōu)勢。文中也通過仿真實驗證實了設(shè)計的合理性和正確性。但值得指出的是， 該結(jié)構(gòu)只適合固定濾波器系數(shù)的場合， 而如果要進(jìn)行修改， 則需要重新對系數(shù)進(jìn)行CSD編碼和流水線分割。