[發(fā)明專利]一種帶寬、中心頻點(diǎn)可調(diào)的數(shù)字濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410779443.5
• 申請(qǐng)日: 2014-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN104467739B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙毅強(qiáng);李旭;孫晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H03H17/02
• 分類號(hào): H03H17/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 李麗萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信系統(tǒng)中的數(shù)字信號(hào)處理部分，根據(jù)通信系統(tǒng)的要求采用VLSI(超大規(guī)模集成電路,Very Large Scale Integration)的設(shè)計(jì)方法,并提出一種應(yīng)用于無線寬帶射頻芯片的帶寬、中心頻點(diǎn)可調(diào)的數(shù)字濾波器VLSI結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

無線通信技術(shù)為人們的生活帶來了巨大的便利，對(duì)社會(huì)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。隨著無線通信的廣泛應(yīng)用，各類無線通信芯片同樣得到了長(zhǎng)足發(fā)展。同時(shí)，無線通信芯片的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，尤其是針對(duì)各個(gè)行業(yè)專網(wǎng)的芯片，由于其應(yīng)用量大，且涉及行業(yè)及國(guó)家的信息安全，越來越受到國(guó)家重視。所以，行業(yè)專網(wǎng)用芯片的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)成為國(guó)家高科技領(lǐng)域內(nèi)的重要研究課題^[1]。

在各種行業(yè)專網(wǎng)的無線接入系統(tǒng)中，射頻前端芯片往往是各類通信設(shè)備中最重要的芯片，其主要功能是對(duì)接收機(jī)天線端接收到的微小信號(hào)進(jìn)行放大、變頻、濾波、量化等。行業(yè)專網(wǎng)所用頻點(diǎn)和帶寬種類越來越多，且各專網(wǎng)使用的頻點(diǎn)、射頻帶寬和信號(hào)帶寬不同，其頻點(diǎn)主要集中在100MHz～1.2GHz范圍內(nèi)，信號(hào)帶寬在5kHz～2MHz范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致各行業(yè)專網(wǎng)設(shè)備所用的射頻芯片不同，同時(shí)對(duì)射頻前端芯片的需求難以形成規(guī)模效應(yīng)，且成本高、配套困難。因此，設(shè)計(jì)帶寬、中心頻點(diǎn)可調(diào)的無線寬帶射頻芯片，可以滿足眾多專網(wǎng)的需求，形成規(guī)模效益。

濾波器是帶寬、中心頻點(diǎn)可調(diào)無線寬帶射頻芯片中的重要模塊，完成對(duì)輸入信號(hào)噪聲的消除以及對(duì)目標(biāo)通道信號(hào)的選取。濾波器的設(shè)計(jì)方法分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種，相對(duì)于模擬濾波器，數(shù)字濾波器從速度、電路規(guī)模、功耗、靈活性等方面均優(yōu)于模擬濾波器，更加適合現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)，有利于提高芯片的集成度。由于濾波器是無線寬帶射頻芯片中的重要模塊，所以濾波器性能的好壞，直接決定了射頻前端芯片的性能質(zhì)量，所以對(duì)濾波器設(shè)計(jì)的研究，對(duì)提高射頻前端芯片質(zhì)量，以及提升整個(gè)通信系統(tǒng)性能有重要的意義^[2][3]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)字濾波器的研究主要集中在以下兩個(gè)方面。一方面，針對(duì)不同的應(yīng)用背景，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的數(shù)字濾波系統(tǒng)，例如應(yīng)用于軟件無線電的數(shù)字上下變頻系統(tǒng)、應(yīng)用于圖像處理的模糊或者銳化濾波器等等，對(duì)于ASIC(專用集成電路，Application Specific Integrated Circuits)實(shí)現(xiàn)或FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)實(shí)驗(yàn)上均有所涉及^[4][5]。另一方面則根據(jù)數(shù)字濾波器理論，對(duì)濾波器中關(guān)鍵部分進(jìn)行優(yōu)化，例如針對(duì)乘法器或者加法器部分性能和面積的優(yōu)化，或者使用最優(yōu)化方法，調(diào)整使用窗函數(shù)法等方法計(jì)算出來的濾波器系數(shù)以達(dá)到更高性能指標(biāo)的濾波器。

FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器與ASIC的設(shè)計(jì)方法相比的主要優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)的靈活性可配置性更高，缺點(diǎn)是不利于系統(tǒng)集成，而如今，通信系統(tǒng)以及集成電路制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)通信系統(tǒng)、通信芯片的集成度要求越來越高，通信芯片不斷向SoC(片上系統(tǒng)，System-on-a-Chip)方向發(fā)展，這就要求數(shù)字濾波器更多的采用ASIC的方法來實(shí)現(xiàn)。因此，針對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及無線通信系統(tǒng)中射頻芯片的要求，設(shè)計(jì)發(fā)明了一種帶寬、中心頻點(diǎn)可配置的數(shù)字帶通濾波器的電路結(jié)構(gòu)，對(duì)其中的模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn):

[1]唐友喜,易新平,邵士海.新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)——IMT-Advanced的特征[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008,02:161-167。

[2]于海霞.一種基于無線射頻芯片研發(fā)的高性能AGC放大器設(shè)計(jì)[D].天津大學(xué),2012

[3]張永滿，梁利平，管武等；面向LTE-A的高性能低復(fù)雜度數(shù)字前端濾波器[J]，微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2014，9:008。

[4]Wenjing H,Guoyun Z,Waiyun L.Self-Programmable Multipurpose Digital Filter Design Based on FPGA[C]//Internet Technology and Applications(iTAP),2011International Conference on.IEEE,2011:1-5。

[5]葉亞東，藺智挺，范玉紅；基于FPGA的FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與仿真[J]，電子科技，2014，27(7):67-70。

發(fā)明內(nèi)容