利用虛擬儀器進行數(shù)字信號處理設計(08-100)

　　群延遲補償器

　　在對定點濾波器進行設計和發(fā)布的過程中，有一種特性的重要性是不言而喻的，就是需要能夠直接、交互式地查看設計結果。傳統(tǒng)的通過文本軟件定點實現(xiàn)的方法往往效率高、成本低，但是由于算法精度較低，其設計過程也更為復雜。

　　使用LabVIEW和數(shù)字濾波器設計工具包，定點數(shù)字濾波器設計過程首先是對浮點濾波器進行原型設計，并轉換成定點設計。轉換成定點設計會大大改變?yōu)V波器的特性和性能。實現(xiàn)了指定定長寄存器的整數(shù)字長、濾波器拓撲等其他參數(shù)，這些對于確保濾波器按照設計期望進行工作是十分關鍵的。對定點設計進行適當?shù)姆抡婧头治隹梢员苊庵笤谡{試設計的時候，在千萬行嵌入式系統(tǒng)代碼中進行調試查找。集成在VI設計環(huán)境中的定點建模、仿真和分析工具簡化了從浮點設計到定點設計之間的過渡。

　　另外一個使得定點數(shù)字濾波設計非常困難的原因是，參數(shù)量化、中間運算和結果向系統(tǒng)引入了噪聲。此外，如果在數(shù)據(jù)存儲中沒有足夠的空間，就會發(fā)生上溢出。LabVIEW數(shù)字濾波器設計工具包中的定點建模、仿真和分析功能能夠在設計階段找出實現(xiàn)的錯誤源頭。例如，對于圖1設計的低通濾波器進行定點實現(xiàn)。用戶使用定點建模VI，就可以在多個設計方案中選擇定點系統(tǒng)、指定字長、整數(shù)字長以及設計中關鍵位置的舍入和溢出模式。為了對最終實現(xiàn)進行進一步控制，還提供了超過23種不同的濾波器拓撲，從FIR直接形式1到IIR級聯(lián)二階部分(形式I或II、轉置)，直至網(wǎng)格ARMA(基本、一個乘法器或歸一化部分)。

　　圖2展示了包含選擇濾波器拓撲、定點設計工具以及用于定點和浮點設計仿真與分析的范例VI。這個VI提供了能夠隨著仿真運行對實現(xiàn)參數(shù)進行交互式修改的接口。首先，可以保持定點建模參數(shù)不變，使用默認的濾波器拓撲，使用正態(tài)分布的白噪聲信號作為濾波器輸入，測試濾波器在所有頻率下的響應。圖3給出了仿真結果。很明顯，定點濾波器并沒有給出與浮點仿真相同的結果，盡管設計的濾波器具有幾乎相同的幅度、相位和零極點圖。濾波器分析報告指出由于在乘法、加法、延遲中產生了上溢出和下溢出，因此得到的結果不夠理想。利用在VI環(huán)境中給出的信息，用戶可以對定點實現(xiàn)進行運行時修改，例如增加問題區(qū)域中的整數(shù)字長、嘗試其他濾波器拓撲或是修改定點建模的其他屬性。對于這個設計而言，提高乘法、加法和延遲的整數(shù)字長就可以得到希望的定點設計結果，如圖4所示。

　　圖2 程序框圖展示了濾波器的設計，可以修改濾波器拓撲、整數(shù)字長、對正態(tài)分步的白噪聲進行定點和浮點設計仿真以及仿真分析

　　圖3 前面板顯示了定點濾波器設計和浮點濾波器設計的幅度、相位和零極點圖特性以及仿真結果和第一個測試的分析