基于FPGA的CIC滤波器设计

本文介绍了基于FPGA的CIC滤波器在多速率信号处理中的作用,阐述了数据速率转换中的抽取和内插过程,并详细讲解了CIC滤波器的原理和特点。CIC滤波器因其快速运算、资源占用少等优点,在无线通信的数字下变频和数字上变频系统中广泛应用。文章还讨论了单级和多级CIC滤波器的优缺点,并给出了CIC抽取滤波器的代码实现。

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        多速率信号处理包括数据速率的转换和LP的设计两个过程。数据速率的转换包括抽取(Decimation,降低采样率)和内插(interpolation,提高采样率)。抽取/内插时应保证信号的有效频带内没有频谱混叠,因此需要完成LPF的设计。常用的有多速率FIR滤波器、CIC滤波器、HB滤波器。

        抽取:

        当需要降低采样率时,输入信号数据每隔M-1个取一个,取出的数据依次排序,这个过程称为M倍抽取,采用率变为原来的1/M。但是我们需要确保抽取之后的采样率仍然可以满足Nyquist采样定理,否则会造成频谱的混叠。

        CIC(cascaded Integrator Comb,积分梳状)滤波器运算速度快、占用资源少、工作频率高(因为CIC只使用加法器、减法器和寄存器),在多速率信号处理系统中应用更广泛。无线通信常用模块,一般用于数字下变频(DDC)和数字上变频(DUC)系统。

        单级CIC滤波器:

        第一旁瓣的衰减为13.46dB(事实上这是一个固定的值,与CIC滤波器阶数无关),这个阻带衰减远远不能满足通常的设计要求,通过级联的方式可以提高阻带衰减。

        不过增加CIC滤波器的级数也有不利的影响:通带衰减也随着增加。对于给定的通带衰减要求,多级CIC滤波器的通带范围会随着级数的增加而不断变窄。滤波器的设计不仅要考虑阻带误差容限,设计多级CIC滤波器时要注意考虑这个问题。

积分器+梳状器

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