【正文】 一定的變換， 可以 將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。由于運(yùn)算中 存在 舍入處理， 會(huì) 使誤差不斷累積，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。 (2) IIR 數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上有反饋環(huán)路。 IIR 濾波器的設(shè)計(jì)就是對(duì) kA 和 kB 的確定。 圖 23 IIR 濾波器的直接 型網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) 由圖可以看出， IIR 網(wǎng)絡(luò)存在 輸出對(duì)輸入的反饋支路，也就是存在環(huán)路。首先先來(lái)介紹 IIR 濾波器。 FIR 濾波器屬于非遞歸型濾波器，其 沖激響應(yīng) 是有限 長(zhǎng)度的， IIR 是遞歸型濾波器，其沖擊響應(yīng)是無(wú)限 長(zhǎng)度的。非遞歸濾波與其相反，輸出不依賴(lài)以前的輸出 信號(hào)，只 依賴(lài)輸入信號(hào)及濾波響應(yīng)函數(shù) 。在濾波過(guò)程中，輸出在經(jīng)過(guò)延遲后 經(jīng)過(guò)反饋 被加到輸入端。 遞歸濾波 也 稱(chēng) 之 為反饋濾波。 帶阻濾波器：抑制 信號(hào)中 一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)。 高通濾波器 ：使 信號(hào)中的高頻 部分 通過(guò)，抑制低頻 部分、 直流分量 、干擾和噪聲 。 (3)按 照 通過(guò)信號(hào)的頻段 可將濾波器 分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。 有源濾波器：由無(wú)源元件和 有源器件 組成 的濾波器 。 無(wú)源濾波器 ： 僅由 無(wú)源元件 組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的 電抗 隨頻率的變化而變化的 原理 構(gòu)成的。 模擬濾波器是主要通過(guò)硬件電路 對(duì)連續(xù)信號(hào)的處理裝置，從而達(dá)到對(duì)信號(hào)過(guò)濾 的 作用。 數(shù)字濾波器 是 由 乘法 器、加法器和延時(shí)單元組成的一種算法或裝置。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的處理可以用很多算法對(duì)其進(jìn)行處理，得到不同的形式，這樣會(huì)很大程度上保障了信號(hào) 傳輸 的安全。因?yàn)?在 數(shù)字信號(hào) 處理中，數(shù)字信號(hào)只含有 “ 1”和“ 0”兩個(gè)電平， 信號(hào)的電平幅度大小只要滿(mǎn)足電路的識(shí)別能力即可， 這就 使得數(shù)字系統(tǒng)具有很大的噪聲容限。因?yàn)樵谀M系統(tǒng)中，非線(xiàn)性失真會(huì)造成信號(hào)的 嚴(yán)重 損傷 ，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。因?yàn)樾盘?hào)是通過(guò)數(shù)字進(jìn)行傳輸?shù)?，?shù)字信號(hào) 的抗干擾能力強(qiáng)，所以 可以極大限度的消除干擾。一般來(lái)說(shuō)，由于電流開(kāi)關(guān)切換 的 誤差小，大多 數(shù)模轉(zhuǎn)換器會(huì) 采用電流開(kāi)關(guān)型電路，電流開(kāi)關(guān)型 的 電路如果直接 輸出生成的 是 電流，則 稱(chēng) 為電流輸出型 D/A轉(zhuǎn)換器 。按 照 數(shù)字 信號(hào)的 輸入值切換開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生 與輸入成 比例的電流 (或電壓 )。 數(shù)模轉(zhuǎn)換 是將離散的數(shù)字 信號(hào) 轉(zhuǎn)換為連接變化的模擬 信號(hào) ， D/A 轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電路構(gòu)成 沒(méi)有 多 大 的 差異，一般 是 按 照 輸出 的 是電流還是電壓、能否作乘法運(yùn)算等進(jìn)行分類(lèi)。 數(shù)字信號(hào)處理的核心算法是離散傅立葉變換 (DFT)， 通過(guò) DFT運(yùn)算 使信號(hào)在數(shù)字域和頻域都實(shí)現(xiàn)了離散化，從而可以 通過(guò) 計(jì)算機(jī) 來(lái) 處理離散信號(hào)。 編碼是將量化后的信號(hào)編碼 形式 成二進(jìn)制代碼 形式的 輸出。假設(shè)噪聲信號(hào)在量化電平中是均勻分布的， 那么 量化噪聲 的 均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗 有關(guān)。 (3) 量化。 (2) 保持。采樣是指 在特定的時(shí)刻對(duì) 輸入的 模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。 模數(shù)轉(zhuǎn)換 的過(guò)程分為 采樣、保持、量化和編碼。數(shù)字濾波基于 FPGA 的 CIC 濾波器設(shè)計(jì) 4 器處理的對(duì)象是數(shù)字化的模擬信號(hào)，或是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里數(shù)據(jù)變量。 FIR 濾波器理論上要求降低其階數(shù)，階數(shù)增大會(huì)增加其運(yùn)算量。 IIR 濾波器可以用較少的階數(shù)獲得較高的選擇特性，存儲(chǔ)單元少，運(yùn)算次數(shù)少，但是其相位非線(xiàn)性 。數(shù)字濾波器和模擬濾波器相比，因?yàn)?所 處理的 信號(hào)形式和實(shí)現(xiàn)濾波器的方法不同， 所以 數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器 無(wú)法比擬的 精度高、穩(wěn)定、體積小、質(zhì)量靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)點(diǎn)。 濾波器中，通帶 是指 信號(hào)能夠通過(guò)的頻率范圍， 也 稱(chēng)為通頻帶 ；反之，信號(hào)受到比較 大 的 衰減或完全被抑制的頻率范圍稱(chēng)為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱(chēng)為截止頻率；理想濾波器在通帶內(nèi)的 增益為常數(shù)，在阻帶內(nèi)的 增益為零；實(shí)際 上 濾波器的通帶和阻帶之間存在一定的過(guò)渡帶。 濾波器的功能就是允許信號(hào) 的 某一部分頻率順利通過(guò)，而 除此之 外 的 一部分頻率信號(hào)受到較大的抑制， 其 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路。 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設(shè)計(jì) 3 2 數(shù)字濾波器 濾波器是一種用來(lái)消除 來(lái)自 外 界 干擾的 器件 ， 可以 將輸入或輸出 通 過(guò)過(guò)濾后 得到純凈 信號(hào) 。 (3) FPGA 的應(yīng)用，主要介紹 FPGA 的背景，優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)的流程，同時(shí)簡(jiǎn)單介紹了 QuartusII 和 Modelsim 兩款軟件。 本文的主要工作及結(jié)構(gòu)安排 本文主要研究基于 FPGA 的級(jí)聯(lián)梳狀濾波器 (CIC)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方面的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)安排如下： (1) 引言，主要介紹課題的研究背景、現(xiàn)狀和意義。經(jīng)過(guò)半個(gè) 多 世紀(jì)的發(fā)展， 以及國(guó)人的不斷努力， 我國(guó) 在 濾波器研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面 都取得了一定 的成績(jī)，并逐步縮小同發(fā)達(dá)國(guó)家的差距 ，但由于專(zhuān)門(mén)研制機(jī)構(gòu) 的缺少 ，集成工藝 的落后，基礎(chǔ) 材料工業(yè) 不發(fā)達(dá) ，使得我國(guó) 在許多新型濾波器的研制應(yīng)用與 發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平還存在著一定的差距 。當(dāng)然， 由于濾波器在 電子應(yīng)用的作用， 對(duì) 其 的研究仍在不斷進(jìn)行。 80 年代， 在 各類(lèi)新型濾波器的 性能取得了很大的提高 ， 濾波器的 應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。 從60 年代起 ， 計(jì)算機(jī)技術(shù) 的廣泛使用，加上 集成工藝 的改進(jìn) 和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器 不斷 朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向 發(fā)展 ，并且， 把這 作為 主 要研究 方向 ，不斷的努力， 力求 使濾波器趨于完美，同時(shí)帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè) 的進(jìn)步 。 濾波器最早是由 美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家 在 1917 年發(fā)明 的，經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，導(dǎo)致了美國(guó)在 次年多路復(fù)用系統(tǒng) 的出現(xiàn) 。在所有的電子 器件 中，使用最多 ， 應(yīng)用最廣泛， 技術(shù)最為復(fù)雜的 就是 濾波器了。 凡是 具有 信號(hào)處理 能力 的裝置都可以稱(chēng)為濾波器。 這是因?yàn)椋谛盘?hào)的處理時(shí)，濾波器的功能是消除噪聲，抑制帶寬。所以，數(shù)字技術(shù)在現(xiàn)在占據(jù)了信號(hào)處理的大多數(shù)份額。數(shù)字技術(shù)扮演的角色越來(lái)越重要，原來(lái)的一些模擬技術(shù)逐漸被數(shù)字技術(shù)取代。 digital filter。 本文主要完成的工作：對(duì)濾波器的分析，介紹 FIR 和 IIR 濾波器，比較其優(yōu) 缺點(diǎn)，從而引入 CIC 濾波器，對(duì) CIC 濾波器的參數(shù)設(shè)置 及其特點(diǎn)，最終，建立模型，對(duì)其優(yōu)化仿真。 數(shù)字信號(hào)處理的算法 則主要依賴(lài)于 計(jì)算機(jī) 或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備。因此在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理之前需要將信號(hào)從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過(guò) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 實(shí)現(xiàn)。 西安郵電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)生姓名 奚董超 性別 男 學(xué)號(hào) 04076092 專(zhuān) 業(yè)班 級(jí) 集成電路 0703 課題名稱(chēng) 基于 FPGA 的 CIC 濾波器設(shè)計(jì) 課題 類(lèi)型 硬件設(shè) 計(jì) 難度 難 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間 2021 年 3 月 28 日～ 7 月 1 日 指導(dǎo)教師 高敏 (職稱(chēng) 講師 ) 課 題 任 務(wù) 完 成 情 況 論文 (千字 )； 設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書(shū) (千字 )； 圖紙 (張 )； 其它 (含附件 )： 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 分項(xiàng)得分：開(kāi)題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫(xiě)（規(guī)范） 分； 學(xué)習(xí)態(tài)度 分； 外文翻譯 分 指導(dǎo)教師審閱成績(jī)： 指導(dǎo)教 師 (簽字 )： 年 月 日 評(píng) 閱 教 師 意見(jiàn) 分項(xiàng)得分：選題 分； 開(kāi)題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫(xiě)（規(guī)范） 分； 外文翻譯 分 評(píng)閱成績(jī)： 評(píng)閱教師 (簽字 )： 年 月 日 驗(yàn)收小組意見(jiàn) 分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量 分； （操作）回答問(wèn)題 分 驗(yàn)收成績(jī)： 驗(yàn)收教師 (組長(zhǎng) )(簽字 )： 年 月 日 答 辯 小組 意 見(jiàn) 分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 陳述情況 分； 回答問(wèn)題 分； 儀表 分 答辯成績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng) (簽字 )： 年 月 日 成績(jī)計(jì)算方法 (填寫(xiě)本院系實(shí)用比例 ) 指導(dǎo)教師成績(jī) 20 (％ ) 評(píng)閱成績(jī) 30 (％ ) 驗(yàn)收成績(jī) 20 (％ ) 答辯成績(jī) 30 (％ ) 學(xué)生實(shí)得成績(jī) (百分制 ) 指導(dǎo)教師成績(jī) 評(píng)閱成績(jī) 驗(yàn)收成績(jī) 答辯成績(jī) 總評(píng) 答辯委員會(huì)意見(jiàn) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )總評(píng)成績(jī) (等級(jí) )： 院答辯委員會(huì)主任 (簽字 )： 學(xué)院 (簽章 ) 年 月 日 備 注 西安郵電學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )成績(jī)?cè)u(píng)定表 (續(xù)表 )基于 FPGA 的 CIC 濾波器設(shè)計(jì) I 目 錄 目 錄 ............................................................................................................................I 摘 要 .......................................................................................................................... II Abstract........................................................................................................................ III 1 引言 ............................................................................................................................. 1 .................................................................................................. 1 本文的主要工作及結(jié)構(gòu)安排 ................................................................................ 2 2 數(shù)字濾波器 ................................................................................................................... 3 ................................................................................................................ 3 數(shù)字濾波的原理 ................................................................................................. 3 濾波器的分類(lèi) ..................................................................................................... 5 2． 4 數(shù)字濾波器的分析 ............................................................................................ 6 IIR濾波器 ...........................