系统级工具对FPGA设计数字滤波器

Mrs.Bhagyalakshmi N¹Dr.Rekha K R²Dr.Nataraj K R³

研究学者,部门的ECE、耆那教的大学、印度班加罗尔。
教授,ECE、SJBIT,班加罗尔,印度。
教授、头、ECE、SJBIT,班加罗尔,印度。

文摘

本文设计的冷杉过滤器使用系统级仿真软件等工具在Xilinx系统发电机和基于硬件的冷杉用Verilog提出了滤波器设计的。系统级工具如Xilinx系统发电机用于设计一个高效的DSP算法和基于FPGA的测试应用程序。设计进一步合成在Xilinx FPGA Spartan3工具包。最后,获得的结果之间的比较完成的软件仿真和FPGA

关键字

DSP、冷杉过滤器、FPGA、仿真软件、系统发电机。

介绍

数字信号处理技术在许多应用程序中使用,主要是在通信领域、视频处理和多媒体。DSP算法需要大量的数学运算快速执行。DSP功能主要包含数字滤波器和变换优于模拟设计。数字滤波器已成为一个越来越有吸引力的替代模拟滤波器由于半导体技术的最新进展。随着操作的速度增加,允许宽带信号的实时处理或时间分享运算器,迅速增加硬件的复杂性,以集成电路的使用数量,和功耗。造成这一增长主要因素在于高速乘数[1]。

二世。相关工作

基于MATLAB仿真软件工具可以帮助设计模型图和仿真、自动代码生成和验证相应的高端FPGA的设计。滤波器设计与分析(FDA)工具是一个功能强大的工具在MATLAB信号处理工具箱,的帮助下,我们可以设计和分析不同类型的过滤器[2]。

软件工具开发的最新进展是在fpga支持DSP应用广泛。系统发电机DSP™是行业领先的高级工具,设计高性能的DSP系统使用fpga [3]。系统生成器工具提供了模型库设计算术、逻辑、数学、内存块和DSP功能[4]。DSP功能包括FIR滤波器和转换。在本文中,我们使用系统发电机模型设计FIR滤波器在FDA的帮助工具。

滤波器的设计本质上包括两个基本步骤,完成了设计过程。第一步是生成系数和第二步构成的模拟滤波器使用生成的系数。虽然数字滤波器设计是复杂的,但优势坚持允许他们被广泛用于过滤应用程序相比,IIR滤波器。IIR滤波器不提供稳定在较高的订单而冷杉同行总是稳定的应用程序来说特别有用需要精确的线性相位响应[8]。本文的组织结构如下:第二节简要回顾数字滤波器的设计。第三节介绍了数字滤波器的设计使用系统发电机。第四部分介绍了冷杉滤波器设计的结果和比较。第五节给出结论。

三世。数字滤波器设计

在数字设计、有限脉冲响应(杉木)可以被视为一个功能图所示图1和实现使用下面给出的方程(1)[5]。

这里我们有设计并行实现4-Tap冷杉过滤器,如图2所示。过滤器主要包含乘法块,加法器,和人字拖。人字拖充当临时寄存器来存储数据。输入数据乘以滤波器系数。结果存储在寄存器中。未来增加数据添加寄存器中的数据更快的过程。因此延迟将被避免。由于寄存器的使用故障过滤问题。所以它减少了功耗的设计。

转置的设计形式。这个设计是基本的冷杉滤波器基于乘法器的设计。现在一天的许多少乘法器架构可在市场。

四、数字滤波器设计使用系统发电机

系统发电机是一个高层次系统设计工具来创建自定义DSP模块在FPGA。系统发电机主要提供了两个关键的工具:

一个¯·块构建模型。

一个¯·硬件发电机模型。

仿真软件提供了一个测试环境设计[9]。

图3显示了3-Tap滤波器设计。输入是一个线性调频信号,给出了频率或频率随着时间的推移,输出信号是一个线性调频信号(正弦波的频率随时间线性变化)。

设计是一个低功率3-Tap冷杉滤波器设计使用最小二乘法,如图3所示。最小均方(LMS)算法在自适应滤波器的滤波器系数与生产相关的误差信号的至少意味着广场(预期的和实际的信号)的区别。

它是最优滤波器设计方法设计一个滤波器。基本思想是生成滤波器系数一次又一次,直到一个特定的错误最小化。大多数过滤器的目的是分离所需的信号从干扰信号或噪声。作为信号的能量与信号的平方,一个平方误差近似标准是适当的优化设计FIR滤波器。选择LMS算法的实现在于它简单,稳定和鲁棒性能对不同信号的条件。

输入信号频率100 mhz和滤波器的频率规格如下:

Fs = 48000 Hz,成就= 9600 Hz, Fstop = 12000 Hz。

生成coeffiecients通过FDA的工具。我们必须出口coeffiecient值MATLAB工作区并保存为一个变量名矿工工会。Num包含4 coeffiecients如下考虑。

coeffiecient1 = 0.180209484969501

coeffiecient2 = 0.407209809882283

coeffiecient3 = 0.407209809882283

coeffiecient4 = 0.180209484969501

级(100分贝)和频率图如图4所示。

图5显示了6-Tap过滤器设计使用两种不同输入频率。输入信号是两个不同频率的正弦波。生成coeffiecients通过FDA的工具。它包含7 coeffiecients。

V。结果和比较

3-Tap过滤器使用系统发电机的仿真软件仿真结果图6所示。它包含了线性调频信号作为输入(上图)和过滤输出(下图)图6。

基于Verilog 3-Tap冷杉滤波器仿真结果如图7所示。输入基于硬件3-tap冷杉过滤器是一个线性调频信号,生成的帮助下simout如图3所示的文本形式冷杉设计,然后使用I-sim模拟器模拟。

比较系统发电机和基于硬件的冷杉过滤模块下面。

VI.CONCLUSION

本文描述了一个系统级的实现FIR滤波器的方法使用系统发电机和随后的Verilog合成在现场可编程门阵列(FPGA)。冷杉的并行实现过滤器是优秀的区域和系统发电机模型的速度大大增加在数字滤波器的实现操作。系统级工具的帮助下,我们在短时间内可以设计任何DSP模型,适用于高速FPGA。

引用

A·贝利和刘,“新硬件实现的数字滤波器”,IEEE A.S.S.P.ASSP-22卷,第462 - 456页,1974年12月。
MathWorksA¯一productsA¯模型,http://www.mathworks.com/products/simulink/。
Xilinx发电机系统,DSP用户指南,www.xilinx.com。
詹姆斯·黄和乔纳森•Ballagh“构建定制的FIR滤波器使用系统发电机”,Xilinx公司2100逻辑驱动器,加利福尼亚州圣何塞95124(美国)。
法比奥费边Daitx,莫斯科罗莎,“优化FIR滤波器的硬件描述语言(VHDL)的一代”,国际会议信号,电路与系统,2008年。
奥本海姆,a . v . r . w . Schafe“离散时间信号处理”,恩格尔伍德悬崖,台北:普伦蒂斯霍尔,1989年。
Proakis, j . d . Manolakis“数字信号处理”,第三。恩格尔伍德悬崖,台北:普伦蒂斯·霍尔出版社,1996年。
Ritu Saroha, Surender Dhiman”设计和冷杉过滤器使用Xilinx系统发生器”的比较,国际先进和创新研究》杂志(IJAIR)》,不。8、pp.207 - 210、2013。
埃文·埃弗雷特和迈克尔,“Xilinx系统概论发生器”,433 - 2013年春季持续强劲。