[實用新型]基于FPGA實現的數字濾波器

有效

• 申請號: 201120363468.9
• 申請日: 2011-09-27
• 公開（公告）號: CN202385063U
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 史照輝;傅勇
• 申請（專利權）人: 深圳市藍韻實業有限公司
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 深圳冠華專利事務所(普通合伙) 44267
• 代理人: 諸蘭芬

技術領域

本實用新型涉及一種數字濾波器，尤其是涉及一種基于現場可編程門陣列（FPGA，Field－Programmable?Gate?Array）實現的數字濾波器。?

背景技術

在數字信號處理領域中，數字濾波器分為有限脈沖響應（FIR）和無限脈沖響應（IIR）兩大類。FIR濾波器具有線性和穩定兩大優點，在當今的數字信號處理系統中，采用FIR濾波器的應用很廣泛。?

數字濾波器的實現方案大致有如下幾種：1、采用DSP芯片實現；2、采用專用芯片實現；3、采用現場可編程門陣列（FPGA，Field－Programmable?Gate?Array）來實現。而FPGA對于實現濾波器具有廣泛的靈活性，且具有極高的并行處理能力，并可以較大的提高產品研發和生產的速度，所以通過FPGA來實現濾波器是目前數字信號處理領域實現集成化的重要方向。?

FPGA是可以由用戶進行編程來實現各種數字邏輯功能的數字集成電路，利用其內部的邏輯結構實現任何的布爾表達式、寄存器函數及各種時序控制。目前，隨著FPGA技術的發展，FPGA?集成度越來越高（器件內部可用邏輯門可達數千萬門），運行速度快（管腳間的延時小，僅幾個ns）。各大生產廠商利用自己器件的優勢，再配合軟件構建了許多常用的知識產權（IP），用它來設計數字電路可以簡化系統設計，縮小數據規模，提高系統的穩定性。?

現在，越來越多的設計人員，將系統設計模塊化，并將經過優化驗證的模塊代碼設計進行重用，為設計帶來了快捷和方便。這種方法極大的提高開發效率，降低研發費用，縮短研發周期，減少產品的上市時間。?

現有的FPGA廠商隨著技術的進步，在優化FPGA結構、增加內部緩存資源及增加各類可定制IP方面加大投入，使硬件設計人員有更大范圍更好的借用其成熟的技術平臺開發產品，比如：Xilinx的某些邏輯器件將其結構單元的Slice支持兩個附加的功能，即用分布式RAM存儲數據和用32位寄存器進行數據移位，加大內部RAM的容量，增加可用于信號處理的硬IP，等等。?

在目前的數字濾波器的實現方案中，大都停留在常規的優化方向：減少關鍵路徑的邏輯級數、資源共享、流水線、復制電路等方法去減少邏輯資源及改善時序，這種實現方案在芯片邏輯資源比較緊張的情況下將會引起時序問題，對系統穩定性產生不良的后果。?

具體來說，目前數字濾波器的實現方案中以下一方面或多方面的缺陷：?

1、未充分利用邏輯器件內部的特殊結構，這樣就會無形的浪費了部分邏輯資源，從而增加邏輯資源的占有率，引起產品的性能、價格方面的弱勢。

2、通過寄存器移位進行數據延時，采用查找表（LUT）進行打拍延時，如果移位信號小于或大于一個查找表（LUT）的輸入位寬的話，那么數據延時將會成倍的增加查找表（LUT）的使用數量。從而造成資源的浪費。?

3、采用資源共享的方法來優化邏輯資源，但造成了模塊處理數據速率降低，使模塊的數據吞吐下降。?

4、采用復制電路來減小關鍵路徑的扇出，從而達到改善時序的目的，但會造成邏輯資源的增加。?

5、優化模塊內部的運算模塊，使加法器和乘法器運行速度更快或者使其占用的邏輯資源下降。?

實用新型內容

為解決現有數字濾波器的不足，本實用新型提出一種基于FPGA實現的數字濾波器，占用FPGA內部的邏輯資源較少、系統穩定且實現成本低。?

本實用新型采用如下技術方案實現：一種基于FPGA實現的數字濾波器，其包括：?

用于存儲待處理的濾波數據的濾波數據存儲器；

用于存儲濾波系數的濾波系數存儲器；

用于控制濾波數據、濾波系數分別存入濾波數據存儲器、濾波系數存儲器，并控制濾波數據存儲器和濾波系數存儲器進行緩存移位操作，按序分別讀出濾波數據和相應的濾波系數的讀寫控制單元，其分別連接濾波數據存儲器和濾波系數存儲器；

用于控制運算單元進行濾波運算的運算控制單元；

用于對濾波數據和相應的濾波系數進行濾波運算，輸出濾波運算結果的運算單元，其分別連接濾波數據存儲器、濾波系數存儲器和運算控制單元。

其中，所述數字濾波器還包括：用于將濾波數據輸入單元輸出的多路的濾波數據通過分時復用，輸出1路濾波數據至濾波數據存儲器的第一分時復用電路，其連接在濾波數據輸入單元與濾波數據存儲器之間。?

其中，所述數字濾波器還包括：在運算單元的輸出端連接第二分時復用電路。?