基于多軟件平臺(tái)協(xié)同工作的FIR濾波器設(shè)計(jì)

摘要：提出了利用多軟件平臺(tái)進(jìn)行FIR數(shù)字濾波器的協(xié)同設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)的只用硬件電路設(shè)計(jì)的方法，將整個(gè)數(shù)字濾波系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)趨于軟件化，采用Lattice公司的可編程模擬器件ispPAC20和Altera公司的FPGA設(shè)計(jì)架構(gòu)整個(gè)FIR濾波器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。由于ispPAC20和FPGA器件的高度集成化以及結(jié)構(gòu)的可重構(gòu)、可編程，使開發(fā)人員隨時(shí)可重復(fù)配置滿足各種性能要求的濾波器系統(tǒng)，將整個(gè)系統(tǒng)變得更小型化、更易于升級(jí)維護(hù)且更靈活。
關(guān)鍵詞：FIR數(shù)字濾波器；FPGA；ispPAC20

0 引言
1992年美國Lattice公司發(fā)明了在系統(tǒng)可編程技術(shù)，徹底改變了傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，開創(chuàng)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的革命性時(shí)代。在1999年，Lattice公司又推出了在系統(tǒng)可編程模擬電路，為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用開拓了更為廣闊的前景。
隨著信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理在20世紀(jì)末期得到了飛躍式的發(fā)展。在數(shù)字信號(hào)處理中數(shù)字濾波是重要的環(huán)節(jié)，經(jīng)典數(shù)字濾波器從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者單脈沖響應(yīng)長度分類，主要分為有限脈沖響應(yīng)(FIR)和無限脈沖響應(yīng)(IIR)兩大類；與HR濾波器相比FIR濾波器的計(jì)算工作量稍大，但是在保證幅度特性滿足技術(shù)要求的同時(shí)，很容易做到嚴(yán)格的線性相位特性。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于數(shù)字信號(hào)處理是用數(shù)值運(yùn)算的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理，因此，相對(duì)于模擬信號(hào)處理，數(shù)字信號(hào)的處理具有靈活性、高精度和高穩(wěn)定性、便于大規(guī)模集成、而且可以實(shí)現(xiàn)模擬系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的諸多功能。

圖1所示為數(shù)字濾波器的信號(hào)處理過程。數(shù)字信號(hào)處理的對(duì)象諸如語音信號(hào)等它們本身也是模擬信號(hào)，所以一般先經(jīng)過緩沖以及模擬信號(hào)預(yù)濾波，然后利用模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D轉(zhuǎn)換器)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再利用FPGA構(gòu)成的FIR數(shù)字濾波器處理轉(zhuǎn)換后的信號(hào)。進(jìn)一步利用數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(D／A轉(zhuǎn)換器)將數(shù)字濾波器處理過的結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)供使用。

2 系統(tǒng)各部分功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2．1 前端緩沖、預(yù)濾波以及模數(shù)轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)
這部分的緩沖以及預(yù)濾波由ispPAC20來完成，然后利用FPGA以及ispPAC20中的D／A轉(zhuǎn)換器、比較器共同構(gòu)成逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，其中ispPAC20中的電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。