【正文】 圖 44 仿真電路圖本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文XVIIIF(Hz) 5k 6k 7k 8k 9k 10k 11k 12kU(mVpp)68514116F(Hz) 13k 14k 15k 16k 17k 18k 19k 20kU(mVpp)95554171圖 45 電路幅頻特性如圖 45，電路幅頻特性在帶內(nèi)并不平坦，而是有衰減，于是需要設(shè)計(jì)一補(bǔ)償系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的衰減進(jìn)行補(bǔ)償，使其帶內(nèi)基本平坦。第五章 FIR數(shù)字濾波器的原理及結(jié)構(gòu)所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分的器件。LTI 數(shù)字濾波器通常分為有限脈沖響應(yīng)（Finite Impulse Response，即FIR）和無(wú)限脈沖響（Infinite Impulse Response，即 IIR）兩大類(lèi)。而 IIR 濾波器需要執(zhí)行無(wú)限數(shù)量次卷積。由上面的比較可以看出，F(xiàn)IR 濾波器還是存在缺點(diǎn)的，但采用 FPPGA 進(jìn)行FIR 濾波器的設(shè)計(jì)，運(yùn)用 FPGA 中的算法來(lái)提高速度，縮短延遲的時(shí)間，可以使FIR 濾波器符合指標(biāo)的要求。 FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)FIR 濾波器的構(gòu)成形式主要有直接型，級(jí)聯(lián)型，線性相位型三種基本結(jié)構(gòu)?？梢?jiàn) FIR 濾波器是由一個(gè)“抽頭延遲線”加法器和乘法器的集合構(gòu)成的。圖 51 直接形式的 FIR 濾波器結(jié)構(gòu)x(n)h(N1)h(0) h(1)z1 z1 z1h(2)y(n)h(N2)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文XXI直接 FIR 模型的一個(gè)變形稱為轉(zhuǎn)置 FIR 濾波器，它是根據(jù)轉(zhuǎn)置定理定義的。z1 z1 z1 y(n)h(0)h(1)h(N3)h(N2)h(N1)x(n)圖 52 轉(zhuǎn)置形式的 FIR 濾波器轉(zhuǎn)置式濾波器通常是指 FIR 濾波器的實(shí)現(xiàn)。直接型 FIR 濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單直觀，乘法運(yùn)算量較少。級(jí)聯(lián)型如果將式分解為二階實(shí)數(shù)因子，其形式如下： (41)?????? ?Mi iiinrNn zzhzH121010 )()()( βββ便可得二階級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，H(z)是 h(n)的 Z 變換， 0i， 1i， 2i為實(shí)數(shù)β β β本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文XXII級(jí)聯(lián)型 FIR 濾波器的優(yōu)缺點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)：每一節(jié)控制一對(duì)零點(diǎn)，因而在需要控制傳輸零點(diǎn)的場(chǎng)合時(shí)可采用缺點(diǎn)：相應(yīng)的濾波系數(shù)增加，乘法運(yùn)算次數(shù)增加，因而需要較多的存儲(chǔ)器，運(yùn)算時(shí)間比直接型長(zhǎng)。系統(tǒng)相位線性度的標(biāo)準(zhǔn)尺度就是“組延遲” ，其定義為： (42))(ω ωΦωτ d?完全理想的線性相位濾波器對(duì)于一定范圍的組延遲是一個(gè)常數(shù)。線性相位（相移）表示一個(gè)系統(tǒng)的相頻特性與頻率成正比，由于不同頻率傳輸速度都一樣，所以，信號(hào)通過(guò)它產(chǎn)生的時(shí)間延遲等于常數(shù) k，所以不出現(xiàn)相位失真。其對(duì)稱中心在 n=(N1)/2 處，當(dāng) n 為偶數(shù)時(shí)，其信號(hào)流圖結(jié)構(gòu)如圖 53 所示。 FIR濾波器的設(shè)計(jì)流程FIR 濾波器的設(shè)計(jì)流程 包括以下幾個(gè)方面：1. 設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)規(guī)范包括濾波器的類(lèi)型，階數(shù)，濾波器的設(shè)計(jì)方法，選定設(shè)計(jì)方法后對(duì)應(yīng)的參數(shù)的采樣頻率，截止頻率等。3. 硬件的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證硬件的實(shí)現(xiàn)就是通過(guò)常用的如原理圖或者硬件描述語(yǔ)言等方法描述出濾波器的原型，驗(yàn)證則是把前面實(shí)現(xiàn)出來(lái)的原型轉(zhuǎn)化成網(wǎng)表下載到 FPGA 器件里面，通過(guò)實(shí)際電路來(lái)觀察設(shè)計(jì)是否正確，如果不正確，要返回上面的步驟重新開(kāi)始本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文XXIV設(shè)計(jì)。FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)流程如圖 54NNYY設(shè)計(jì)規(guī)范系數(shù)計(jì)算硬件實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證設(shè)計(jì)優(yōu)化滿足要求?滿足要求?圖 54 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)流程本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文XXV第六章 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果 MATLABFDATOOL設(shè)計(jì)與分析FDATool(Filter Design amp。FDATool 可以設(shè)計(jì)幾乎所有的常規(guī)濾波器，包括 FIR 和 IIR 的各種設(shè)計(jì)方法。因第四章設(shè)計(jì)的寬帶功放在 2020kHz 內(nèi)幅頻特性有衰減，故需要設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器，使其幅頻特性在 2020kHz 內(nèi)遞增，以達(dá)到對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，使其在 2020kHz 頻帶內(nèi)幅頻率特性基本平坦的目的。如圖 62，設(shè)置選擇與參數(shù)，設(shè)計(jì)出文中要求的濾波器，其幅頻率特性與相頻特性，沖激響應(yīng)，F(xiàn)IR 濾波器系數(shù)與零極點(diǎn)分布分別如圖 63，64，65，66。所以必須進(jìn)行量化，并對(duì)得到的系數(shù)進(jìn)行歸一化，如圖 67。使用 DSP Builder 可以方便的在圖形化環(huán)境中設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字濾波器，而且濾波器系數(shù)的計(jì)算可以借助 MATLAB 強(qiáng)大的計(jì)算能力和現(xiàn)成的濾波器設(shè)計(jì)工具來(lái)完成。用 SimulinkDSP Builder 建立系統(tǒng)模型，只需要驗(yàn)證模型的正確性，就可以直接生成具有一定約束的 HDL 代碼，從而使設(shè)計(jì)更多的放在系統(tǒng)的建立與驗(yàn)證而不是代碼的編寫(xiě)問(wèn)題上，本設(shè)計(jì)建立的模型如圖68，將上一節(jié)量化結(jié)果分別作為 FIR 濾波器系數(shù)寫(xiě)入 h1h4，即得到所設(shè)計(jì)的濾波器。圖 69 是利用 QUARTUS II 進(jìn)行綜合之后的部分結(jié)果，圖 610 是 QUARTUS II 時(shí)序仿真結(jié)果。第七章 論文總結(jié)本論文第一章介紹了寬帶功放的發(fā)展和地位以及其應(yīng)用，并闡述了本論文的目標(biāo)和工作。論文第三章對(duì) DSP buileer 和 Simulink 兩個(gè)軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)介。論文第五章從數(shù)字濾波器的原理入手，介紹了 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)流程，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文XXXIII研究了 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法。本論文中利用 FPGA 技術(shù)對(duì)已經(jīng)的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與修補(bǔ)的方法，先利用Simulink/DSP Builder 進(jìn)行系統(tǒng)建模，仿真，再直接生成 HDL 源代碼，對(duì)生成的 HDL 代碼進(jìn)行功能和時(shí)序仿真，將文件下載到 FPGA 硬件平臺(tái)上。參考文獻(xiàn)[1] [M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2022[2]孫肖子，[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2022[3]臧春華， PLD 應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2022[4] Quartus II 的計(jì)算機(jī)核心設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2022[5] 設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社[6][M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社[7]徐瑞萍、謝松云、[M]，西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2022[8]樊昌信，[M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2022本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文XXXIV[9] FPGA 的多功能數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2022[10] fpgas/stratix/stratix/overview/致 謝本文是我在胡君良老師的悉心指導(dǎo)下完成的，首先感謝胡老師在我設(shè)計(jì)和論文創(chuàng)作期間給予我的幫助和指點(diǎn)，胡老師每周百忙之中抽空對(duì)我的諄諄教誨讓我受益匪淺，胡老師不僅在設(shè)計(jì)和論文寫(xiě)作方面給我許多幫助，更是以身作則的教會(huì)我對(duì)待工作的態(tài)度。最后，忠心感謝為評(píng)閱本論文付出辛勤勞動(dòng)的各位