[發明專利]一種帶寬、中心頻點可調的數字濾波器及其實現方法

有效

• 申請號: 201410779443.5
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104467739B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 趙毅強;李旭;孫晨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種帶寬、中心頻點可調的數字濾波器的實現方法，其特征在于，

數字濾波器應用于無線寬帶射頻芯片中，并包括時鐘分頻模塊，其特征在于，還包括帶寬通道配置模塊、CIC濾波器組和FIR濾波器；所述CIC濾波器組的輸入端和所述FIR濾波器的輸出端均分別連接有無符號數轉化模塊；所述CIC濾波器組由幾組CIC濾波器和相同數量的補償濾波器以及增益校正模塊組成，所述CIC濾波器用于降低輸入信號的采樣率，并通過所述補償濾波器和增益校正模塊使CIC濾波器組通帶內平坦的同時實現輸入輸出位寬的匹配，然后將處理過的數據輸入所述FIR濾波器；所述FIR濾波器將接收到的數據運算處理后實現帶寬中心頻點可調，并通過有無符號數轉化模塊輸出；所述帶寬通道配置模塊與所述CIC濾波器組和FIR濾波器連接，所述帶寬通道配置模塊還連接有串行外設接口和EEPROM；所述帶寬通道配置模塊通過接收串行外設接口中的選帶信息，讀取EEPROM中CIC濾波器組的抽取因子以及FIR濾波器的系數，完成對所述CIC濾波器組以及所述FIR濾波器的調節；所述時鐘分頻模塊與所述CIC濾波器組和FIR濾波器相連；所述時鐘分頻模塊產生帶寬通道配置模塊、CIC濾波器、補償濾波器、增益校正模塊和FIR濾波器需要的時鐘；

實現方法包括以下步驟：

1)在輸入端對輸入信號進行降低采樣率的操作，降低采樣率的操作由CIC濾波器完成，每一組CIC濾波器實現對輸入信號進行不同倍率的抽取以降低輸入信號采樣率；

所述CIC濾波器的設計參數包括延遲因子M、抽取因子D、級數N和帶寬比例因子b，其中，延遲因子M設為1，帶寬比例因子b的計算如下：

b=B×Dfs---(1)]]>

式(1)中，B為信號帶寬，D為抽取因子，f_s為輸入信號的原始采樣率；

2)在CIC濾波器的輸出端進行增益校正，實現輸入輸出位寬匹配，以減小連接在所述CIC濾波器組輸出端的FIR濾波器的位寬，有利于超大規模集成電路VLSI的實現；增益G的表達式為：

G＝(DM)^N(2)

式(2)中，DM的乘積是2的冪指數的形式，即G＝(DM)^N＝2^KN，其中，KN是一個冪指數，則直接裁剪掉輸出數據的低KN位，保留與輸入相同位寬的高位部分；若DM的乘積不是2的冪指數的形式，則需要在輸出部分乘以系數完成增益校正，此時，將上述式(2)改成如下形式：

G=(DM)N=YN(DMY)N---(3)]]>

式(3)中，Y是小于DM的最大的2的冪次方數，其中，Y^N這部分乘積的增益校正直接通過截位完成，另一部分乘積則通過乘以其倒數實現增益校正；

3)將CIC濾波器組的輸出數據輸入到FIR濾波器，從而實現窄帶帶通濾波：

令h[n]表示濾波器的沖激響應，0≤n≤N₁-1，x[n]為輸入序列，y[n]為輸出序列，N₁為濾波器的級數，則N₁級FIR濾波器的輸入、輸出關系式為：

y[n]=Σm=0N1-1h[m]x[n-m]=x(n)*h(n)---(4)]]>

所述FIR濾波器根據式(4)直接實現，所述FIR濾波器的沖激響應h[n]具有偶對稱的特性，其對稱中心為N₁/2點對應的沖激響應h(N₁/2)；該具有偶對稱的FIR濾波器為線性相位濾波器，N₁為FIR濾波器的級數，所述FIR濾波器由寄存器，加法器以及N₁/2個乘法器來實現；

4)無線寬帶射頻芯片中除了上述CIC濾波器、補償濾波器和FIR濾波器處理的是有符號數，其他部分處理的都是無符號數，在CIC濾波器組的輸入端和FIR濾波器的輸出端均分別設有一個有無符號數轉化模塊；

5)帶寬通道配置模塊通過讀取串行外設接口給出的8bit選帶信息，從EEPROM中讀取對應的CIC濾波器抽取因子來選通CIC濾波器中對應的一組濾波器并關斷其他濾波器組，之后再讀取EEPROM中的FIR濾波器的系數，賦值給FIR濾波器的系數寄存器；

6)時鐘分頻模塊提供輸入同步采樣時鐘和采樣之后的分頻時鐘。