毕业设计(论文）- 基于FPGA的CIC滤波器设计.doc

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1、 西 安 邮 电 学 院 毕 业 设 计（论 文）题 目： 基于FPGA的CIC滤波器设计 学 院： 电子工程学院 系 部： 微电子系 专 业： 集成电路设计与集成系统 班 级： 集成电路0703 学生姓名： 导师姓名： 职称： 讲师 起止时间：2011年 3月 28日至2011年 7月1日毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文 基于FPGA的CIC滤波器设计是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全清楚本声明的法律后果，申请学位论文和资料

2、若有不实之处，本人愿承担相应的法律责任。论文作者签名： 时间： 年 月 日指导教师签名： 时间： 年 月 日西 安 邮 电 学 院毕业设计(论文)任务书 学生姓名奚董超指导教师高敏职称讲师学院电子工程学院系部微电子系专业集成电路设计与集成系统题目基于FPGA的CIC滤波器设计 任务与要求本课题要求学生完成的工作、题目预期目标主要有：1、用VHDL或Verilog HDL语言的CIC滤波器方案设计。2、用VHDL或Verilog HDL语言实现可编程并行接口电路。3、在仿真软件平台上仿真实现CIC滤波器并对滤波器性能进行分析。4、撰写毕业论文。开始日期2011年3月28日完成日期2011年7月1

3、日主管院长(签字)年月日西 安 邮 电 学 院毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划 学生姓名奚董超指导教师高敏职称讲师学院电子工程学院系部微电子系专业集成电路设计与集成系统题目基于FPGA的CIC滤波器设计工作进程起 止 时 间工 作 内 容2011.3.28-2011.4.10了解CIC滤波器的基本概念、分类、原理及应用. 2011.4.11-2011.4.24熟悉QUARTUSII软件开发平台2011.4.25-2011.5.8建立滤波器模型2011.5.9-2011.5.22研究模型参数,编写代码2011.5.23-2011.6.5对程序进行仿真和修改2011.6.6-2011.6.

4、19撰写论文2011.6.20-2011.7.1修改论文，准备答辩主要参考书目（资料）1杨刚 龙海燕.现代电子技术 -VHDL与数字系统设计.电子工业出版社2侯伯亨.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计. 西安电子科技大学出版社3 近年的文献资料4曾繁泰.VHDL程序设计，清华大学出版社主要仪器设备及材料1、可以上网的电脑一台；2、打印机一台，打印纸若干。论文（设计）过程中教师的指导安排每周至少和指导学生见面一次，了解学生在论文过程中的进度和所遇到的问题，及时协助学生解决困难，督促学生按照进度准时完成毕业论文。对计划的说明 无西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告 电子工程 学院 微电子 系（

5、部） 集成电路 专业 07 级 03 班课题名称：基于FPGA的CIC滤波器设计 学生姓名： 奚董超 学号：04076092指导教师： 高敏 报告日期： 2010年3月25日 1本课题所涉及的问题及应用现状综述在数字处理领域，滤波器占据了重要的地位。数字滤波器在语音和图像中的处理被经常用到。数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、质量灵活、不要求阻抗匹配等优点。CIC滤波器是现代数字上变频的核心技术，具有简单高效的结构。CIC滤波器又称为简单整系数梳状滤波器，是在高速抽取后插值系统中非常有效的单元，它结构简单，处理速度快，最大的优点是不需要乘法器。设计中遇到的问题：(1)CIC滤波器的

6、传输函数的意义；(2) 滤波器的模块划分及各个参数设置；(3)滤波器的的仿真；(4)滤波器的的改进方法；(5) 改进后的滤波器与改进前的差异。随着数字技术的的广泛应用，现场可编程门阵列(FPGA)得到了迅速的发展，器件集成度和速度都在不断增长。FPGA既具有门阵列的高集成度和可靠性，又具有可编性，极大限度的降低了设计的成本，缩短了开发的周期。2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析CIC滤波器由积分器、抽取器和树状滤波器组成，积分器由N个理想的数字滤波器级联组成，梳状滤波器由N个差分延迟的梳状滤波器级联而成。设计时先设计出一级的CIC滤波器，分析其参数和特性，然后通

7、过需要得出所需的级数，通过模块化的设计完成多级的设计，最后经过仿真分析滤波器的特性，对其进行修改和改进。根据系统的设计要求，本系统可分为三大部分：(1) 积分器(2) 抽取器(3) 梳状滤波器3完成本课题的工作方案(1) 通过学习，了解CIC滤波器的基本概念、分类、原理及应用，在学习中加深对CIC滤波器的理解，分析其传递函数，将传输函数划分为两块，一块为积分器，一块为梳状滤波器，深刻理解滤波器的时域和频域的变换和对应的逻辑关系。(2) 学习掌握QUARTUSII软件开发环境，熟练该软件的仿真方法和实现的步骤。(3) 建立基本的CIC滤波器模型，完成基本滤波器的分析和参数的选择，通过基本滤波器的

8、分析，发现其不足。(4) 用Verilog HDL语言进行设计，分析其功能特点。(5) 然后通过级联的方式设计出级联梳状滤波器，分析其各个参数和实现的指标，并完成对其的仿真。(6) 完成毕业设计论文。(7) 完成毕业设计答辩。4指导教师审阅意见 指导教师(签字)： 年 月 日说明：本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。西安邮电学院毕业设计 (论文)成绩评定表学生姓名奚董超性别男学号04076092专 业班 级集成电路0703课题名称基于FPGA的CIC滤波器设计课题类型硬件设计难度难毕业设计（论文）时间2011

9、年3月28日7月1日指导教师高敏(职称 讲师 )课题任务完成情况论文 (千字)； 设计、计算说明书 (千字)； 图纸 (张)；其它(含附件)：指导教师意见分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分指导教师审阅成绩：指导教师(签字)： 年 月 日评阅教师意见分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分评阅成绩： 评阅教师(签字)： 年 月 日验收小组意见分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收成绩：验收教师(组

10、长)(签字)： 年 月 日答辩小组意见分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 年 月 日成绩计算方法(填写本院系实用比例)指导教师成绩 20 () 评阅成绩 30 () 验收成绩 20 () 答辩成绩 30 ()学生实得成绩(百分制)指导教师成绩 评阅成绩 验收成绩 答辩成绩 总评 答辩委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 院答辩委员会主任(签字)： 学院(签章) 年 月 日备注西安邮电学院毕业论文(设计)成绩评定表(续表)基于FPGA的CIC滤波器设计目 录目 录I摘 要IIAbstractIII1 引言11.1课题研究的

11、背景11.2 本文的主要工作及结构安排22 数字滤波器32.1滤波器32.2 数字滤波的原理32.3 滤波器的分类524 数字滤波器的分析62.4.1 IIR滤波器72.4.2 FIR滤波器82.4.3 CIC滤波器93 FPGA的应用133.1 FPGA介绍133.2 QuartusII和Modelsim的介绍133.3 FPGA的设计流程144 CIC滤波器的FPGA实现174.1 CIC滤波器参数174.2 在Matlab下CIC滤波器功能仿真204.3 CIC滤波器功能模块的实现214.4 CIC滤波器的仿真分析22结论24致谢25参考文献26摘 要 随着科学技术的不断发展，数字信号处

12、理的应用领域变得越来越广泛，数字信号处理不断的朝着低电压，低功耗、高速率、高分辨率的方向发展。数字信号处理的目的是对真实世界的模拟信号进行测量。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换成模拟信号，这是通过数模转换器实现的。 数字信号处理的算法则主要依赖于计算机或专用处理设备。数字信号处理技术具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术所无法比拟的。 本文主要完成的工作：对滤波器的分析，介绍FIR和IIR滤波器，比较其优缺点，从而引入CIC滤波器，对CIC滤波器的参数设置及其特

13、点，最终，建立模型，对其优化仿真。关键词：数字信号处理 ； 数字滤波；CIC滤波器AbstractWith the development of science and technology, digital signal processing technology is widely applied in many kinds of field, digital signal processing technology has been developing rapid in the direction of low voltage, low power, high speed, high

14、resolution. The purpose of digital signal processing is measure the analog signal in the real world .so before digital signal processing we need to put a signal from the analog domain into digital domain by ADC . And digital signal processing output often will transform into analog signals by DAC. D

15、igital signal processing algorithm is mainly dependent on the computer and special processing equipment. Compared with Analog signal processing techniques ,the advantages of digital signal processing technology is flexible, precise and anti-jamming of strong, equipment of small size, low cost, speed

16、. The task of this article: analysing of the filter, introduced FIR filter and IIR filter ,compare with FIR filter and IIR filter analysis the advantages and disadvantages , introduced CIC filter, selecting the parameters of the CIC filter and analysing its characteristics, and ultimately, building

17、model, optimization and simulation.Key Words： Digital signal processing; digital filter; CIC filterIII1 引言1.1课题研究的背景随着电子技术的不断发展，信号处理在各个方面的要求也在不断提高，同时，现代集成电路产业的不断进步，器件尺寸不断缩小，功耗不断降低，速度不断加快。数字技术扮演的角色越来越重要，原来的一些模拟技术逐渐被数字技术取代。数字技术同模拟技术相比，具有抗干扰能力强，便于传输，易于存储，精度高等多个优点。所以，数字技术在现在占据了信号处理的大多数份额。在数字技术中，滤波器的设计显得

18、非常重要。这是因为，在信号的处理时，滤波器的功能是消除噪声，抑制带宽。噪声会使信号在传输中发生失真，影响了信号的真实性，同时在接收端也会带来不便。凡是具有信号处理能力的装置都可以称为滤波器。在现代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛。在所有的电子器件中，使用最多，应用最广泛，技术最为复杂的就是滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，性能良好的滤波器可以使系统更加稳定，所以，对滤波器的研究和生产历来倍受各国所重视。滤波器最早是由美国和德国科学家在1917年发明的，经过不断的改进，导致了美国在次年多路复用系统的出现。之后无源滤波器的发展日趋成熟。从60年代起，计算机技术的广泛使用，加上集

19、成工艺的改进和材料工业的发展，滤波器不断朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向发展，并且，把这作为主要研究方向，不断的努力，力求使滤波器趋于完美，同时带动了相关行业的进步。70年代，在集成电路产业的带动下，滤波器逐渐被集成在了芯片之中，集成的滤波器有RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器，并且得到了很好的应用。80年代，在各类新型滤波器的性能取得了很大的提高，滤波器的应用范围逐渐扩大。90年代至今主要是将各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，由于滤波器在电子应用的作用，对其的研究仍在不断进行。 滤波器在我国广泛使用是20世纪50年代后期，当时主要用于话路滤波和报路滤波

20、。经过半个多世纪的发展，以及国人的不断努力，我国在滤波器研制、生产和应用等方面都取得了一定的成绩，并逐步缩小同发达国家的差距，但由于专门研制机构的缺少，集成工艺的落后，基础材料工业不发达，使得我国在许多新型滤波器的研制应用与发达国家的技术水平还存在着一定的差距。数字滤波器在数字信号处理中也占据着很重要的地位，模拟滤波器的精度低，设计难度大，难以实现，很难满足工业要求，数字滤波器的速率快，精度高，稳定，体积小，质量轻，灵活，不要求阻抗匹配等优点在工业应用中得到了广泛的应用。1.2 本文的主要工作及结构安排本文主要研究基于FPGA的级联梳状滤波器(CIC)的设计与实现方面的问题，结构安排如下：(1

21、) 引言，主要介绍课题的研究背景、现状和意义。(2) 数字滤波器，介绍滤波器在数字信号领域的重要性，数字信号的原理，滤波器的分类，FIR滤波器，IIR滤波器和CIC滤波器的特性。(3) FPGA的应用，主要介绍FPGA的背景，优点和设计的流程，同时简单介绍了QuartusII和Modelsim两款软件。(4) CIC滤波器的实现，介绍了CIC滤波器的参数设计，各个模块的实现和仿真。2 数字滤波器2.1滤波器滤波器是一种用来消除来自外界干扰的器件，可以将输入或输出通过过滤后得到纯净信号。对特定频率的频点或该频点之外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器。滤波器的功能就是允许信号的某一部分频率顺利通

22、过，而除此之外的一部分频率信号受到较大的抑制，其实质上是一个选频电路。简单的说就是得到信号的一个特定频率或消除信号一个特定频率。滤波器中，通带是指信号能够通过的频率范围，也称为通频带；反之，信号受到比较大的衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；理想滤波器在通带内的增益为常数，在阻带内的增益为零；实际上滤波器的通带和阻带之间存在一定的过渡带。数字滤波技术在数字信号处理领域中可以算是一个里程碑，数字滤波是用来对输入信号进行滤波的硬件或者软件，所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所包含频率成分的器件。数字滤波器和模拟滤波器相比，

23、因为所处理的信号形式和实现滤波器的方法不同，所以数字滤波器具有比模拟滤波器无法比拟的精度高、稳定、体积小、质量灵活、不要求阻抗匹配等优点。在数字滤波中，有限脉冲响应（FIR）滤波器和无限脉冲响应（IIR）滤波器的应用最为广泛。IIR滤波器可以用较少的阶数获得较高的选择特性，存储单元少，运算次数少，但是其相位非线性。同时如果选择性越好，其相位的非线性也就会越严重。FIR滤波器理论上要求降低其阶数，阶数增大会增加其运算量。2.2 数字滤波的原理图 2-1 数字信号处理的应用数字滤波器是执行滤波算法的特定硬件或者软件滤波算法，是为了达到滤波的目的而对输入信号进行的一系列运算，最终生成数字输出信号。数

24、字滤波器处理的对象是数字化的模拟信号，或是存储在存储器里数据变量。图2-1中x(t)是模拟信号，经过模数转换(A/D)的采样、保持、量化和编码变为所需的数字信号，数字信号通过系统函数H(z)得到数字信号的输出y(n)，y(n)通过数模转换(D/A)得到模拟信号y(t)。模数转换的过程分为采样、保持、量化和编码。(1) 采样。采样是指在特定的时刻对输入的模拟信号进行测量。通常采样脉冲的宽度很窄，所以采样的输出是连续的窄脉冲。(2) 保持。要把一个采样后的信号数字化，需要将采样后输出的瞬时模拟信号保持一定时间，这就是保持过程。(3) 量化。量化是指将连续幅值的抽样信号转换为离散时间、离散幅值的数字

25、信号，量化的主要问题就是对量化误差的处理。假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，那么量化噪声的均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗有关。(4) 编码。编码是将量化后的信号编码形式成二进制代码形式的输出。这些过程有些是合并的，例如，采样和保持是利用一个电路连续完成的，量化和编码也是在转换过程中同时实现的，并且所用的时间又是保持时间的一部分。数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换(DFT)，通过DFT运算使信号在数字域和频域都实现了离散化，从而可以通过计算机来处理离散信号。但是使数字信号处理从理论走向实用的却是快速傅立叶变换(FFT)，FFT的出现大大减少了DFT的运算量，使实时的数字信号处理的

26、实现成为可能，极大促进了数字信号处理的发展。数模转换是将离散的数字信号转换为连接变化的模拟信号，D/A 转换器的内部电路构成没有多大的差异，一般是按照输出的是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。大多数的D/A转换器由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)构成。按照数字信号的输入值切换开关，产生与输入成比例的电流(或电压)。此外，为了改善精度也可以将恒流源放入内部的。一般来说，由于电流开关切换的误差小，大多数模转换器会采用电流开关型电路，电流开关型的电路如果直接输出生成的是电流，则称为电流输出型D/A转换器。这样设计有以下好处：(1) 避免了模拟信号在传输中带来的噪声干扰。因为信号是通过数字进

27、行传输的，数字信号的抗干扰能力强，所以可以极大限度的消除干扰。(2) 避免了系统的非线性失真。因为在模拟系统中，非线性失真会造成信号的严重损伤，从而影响系统的稳定性。(3) 数字处理设备输出的信号是稳定可靠的。因为在数字信号处理中，数字信号只含有“1”和“0”两个电平，信号的电平幅度大小只要满足电路的识别能力即可，这就使得数字系统具有很大的噪声容限。(4) 比较容易实现加密，解密，和抗干扰技术。因为数字信号的处理可以用很多算法对其进行处理，得到不同的形式，这样会很大程度上保障了信号传输的安全。2.3 滤波器的分类(1)按照处理信号的形式可以将滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器两种。数字滤波器是由

28、乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。其功能是对输入的离散信号进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。模拟滤波器是主要通过硬件电路对连续信号的处理装置，从而达到对信号过滤的作用。(2)按照采用的元器件可以将滤波器分为无源和有源滤波器两种。无源滤波器： 仅由无源元件组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路实现比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感较大时滤波器的体积和重量都比较大，不适用低频域。有源滤波器：由无源元件和有源器件组成的滤波器。这类

29、滤波器的优点是：通带内的信号不但没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要电磁屏蔽；缺点是：通带范围受有源器件的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性相对无源滤波器高较差，不适用于工作在高压、高频、大功率的场合。 (3)按照通过信号的频段可将滤波器分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。低通滤波器：使信号中的低频部分或直流分量通过，抑制高频部分、干扰和噪声。高通滤波器：使信号中的高频部分通过，抑制低频部分、直流分量、干扰和噪声。带通滤波器：使信号中一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰

30、和噪声。带阻滤波器：抑制信号中一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。图2-2 各种理想滤波器的幅频特性本文主要介绍数字滤波器，数字滤波器是具有滤波功能的离散系统，离散系统又可以分为递归型和非递归型，所以可将数字滤波器可以分为递归型滤波器和非递归型滤波器。递归滤波也称之为反馈滤波。其输出既依赖于输入信号及滤波响应函数，又依赖于之前的输出信号。在滤波过程中，输出在经过延迟后经过反馈被加到输入端。与常规的时域滤波相比，递归滤波的优点是运算量小，计算速度快。非递归滤波与其相反，输出不依赖以前的输出信号，只依赖输入信号及滤波响应函数。数字滤波器按照单位取样的时域特性可分为：IIR（Infinite

31、 Impulse Resoponse）滤波器（无限脉冲响应滤波器）和FIR（Finite Impulse Response）滤波器（有限脉冲响应滤波器）。FIR滤波器属于非递归型滤波器，其冲激响应是有限长度的，IIR是递归型滤波器，其冲击响应是无限长度的。24 数字滤波器的分析 本文着重介绍CIC滤波器，对于级联梳妆滤波器(CIC)，是主要包括积分器、抽取器、梳状滤波器，积分器是单极点的IIR滤波器，其反馈系数是1，梳状滤波器器是一个对称的FIR滤波器。首先先来介绍IIR滤波器。2.4.1 IIR滤波器IIR滤波器是一种递归型的线性是不变系统，则差分方程为： （2-1）是反馈给前一级的系数，是

32、反馈给输出的系数。图 2-3 IIR滤波器的直接型网络结构 由图可以看出，IIR网络存在输出对输入的反馈支路，也就是存在环路。对差分方程进行Z变换，可得，IIR滤波器的系统函数为： （2-2）是滤波器的系统函数， 和是滤波器的系数。IIR滤波器的设计就是对和的确定。IIR滤波器有以下几个特点： (1) IIR数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式。 (2) IIR数字滤波器采用递归型结构，即结构上有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、相乘系数和相加等基本运算单元组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。由于运算中存在舍入处理，会使误差不断累积，有时会

33、产生微弱的寄生振荡。 (3) IIR数字滤波器在设计上可以借鉴成熟的模拟滤波器，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，所以设计工作量比较小，对计算工具的要求不高。当设计IIR数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，可以将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。 (4) IIR数字滤波器的相位特性很难控制，如果对相位要求较高时，就需加相位校准网络。IIR滤波器的优点：较容易设计以及实现。IIR滤波器的缺点：(1) 脉冲响应为无限长。造成当输入数位信号为有限长的时候，输出数位信号会变成无限长。(2) IIR滤波器比FIR不容易最佳化。(3)

34、系统不一定是稳定的。因为z转换后所有的极点不一定都在单位圆内，极点决定系统的稳定性，所以其系统不一定稳定。 IIR幅频特性精度很高，相位不是线性的，因此可以应用于相位信息不敏感的音频信号上；IIR滤波器设计时的阶数不是由设计者指定，而是根据设计者输入的各个滤波器参数（截止频率、通带滤纹、阻带衰减等），最终由软件计算出满足这些参数的最低滤波器阶数。2.4.2 FIR滤波器FIR滤波器是有限脉冲滤波器，设FIR滤波器的单位响应长度为N，其差分方程为： （2-3）h(n)是单位长脉冲响应，且长度为N。图2-4 FIR滤波器的直接型网络结构从图中，可以看出FIR滤波器没有反馈支路，也就是没有环路。对差

35、分方程进行Z变换可得其传输函数： （2-4）是滤波器的系统函数，N为其阶数。是的多项式，它在z平面上有N-1个零点，原点0是(N-1)阶重极点，因此是稳定的。有限长单位冲激响应（FIR）滤波器有以下四个特点： (1) 系统的单位冲激响应h (n)在有限个n值处不为零。 (2) 系统函数H(z)在|z|0处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统）。 (3) 结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，但有些结构中（例如频率抽样结构）也包含有反馈的递归部分。 (4) FIR滤波器幅频特性的精度比IIR滤波器低，但是相位线性的，就是在不同的频率分量下信号经过FIR滤波器后他们的延时不变。FIR滤波

36、器的优点：(1) 脉冲响应为有限长。造成当输入信号为有限长的时候，输出信号也为有限长。(2) FIR滤波器比IIR滤波器更容易最佳化。(3) 相位是线性的。(4) 一定是稳定的。因为z转换后所有的极点都在单位圆内。FIR滤波器的缺点：设计方式比IIR滤波器复杂。FIR滤波器简单的对输入采样值进行加权平均计算。每一个输入采样值对应一个滤波器的输出，如果对滤波器的输出进行抽取，就没有必要对每一次的抽样进行计算，只需按抽取的速率进行计算即可，从而提高了计算过程的效率。另外FIR滤波器也有利于对数字信号的处理，便于用软件编程实现，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。结合FIR滤波器和IIR滤

37、波器的优缺点，CIC滤波器应运而生，CIC滤波器是基于FIR滤波器和IIR滤波器设计的，是两者的优点得以综合，极大限度的避免两者的不足。2.4.3 CIC滤波器级联积分梳状(CIC)滤波器是一种被广泛应用于软件无线电中，可以实现抽取或者插值的高效滤波器。它主要用于降低或提高采样率。CIC滤波器的主要特点是，仅利用加法器、减法器和寄存器，占用资源少，实现简单且速度高。CIC滤波器是数据通信的常用模块，一般应用于数字下变频(DDC)和数字上变频(DUC)系统中，随着数据传输率的不断增加，级联梳状滤波器(CIC)的应用变得非常重要，CIC滤波器仅利用加法器、减法器和寄存器的特点，所以非常适用工作在高

38、采样率下。数字下变频（DDC）中，CIC滤波器起着重要的作用，它主要用对于采样速率的抽取，同时具有低通滤波器的特性。CIC滤波器的原理：CIC滤波器由积分器、抽取器和梳状滤波器组成，积分器都是单极点的IIR滤波器，反馈系数是1，状态方程如下： （2-5）表示当前状态的输出，表示上一次的输出，表示当前状态的输入。由公式可以得出，该积分器可以认为是累加器。对式(2-5)作z变换， 如下式所示： （2-6）令，可以得到积分器的传输函数为：I： （2-7）图 2-5 积分器的结构图输入信号为x(n)，经过加法器与上一次的经过反馈后的结果累加得到新的结果y(n)输出。梳状器是对称的FIR滤波器，其状态方

39、程表示为： （2-8）是当前状态的输出，是当前状态的输入，是时刻时的输入。M是延时因子，是滤波器的一个重要参数，可以用来控制滤波器的频率响应，决定零点的位置。M可以是任意正整数，但是M越大，会导致带内主瓣的衰减过大，所以通常取1或2。对式(2-8)作z变换可得： （2-9）令，可得响应的传输函数为：C： （2-10）图 2-6 梳状滤波器的结构图梳状滤波器是将当前的值与延时后的值作运算最后输出。CIC滤波器系统的传递函数为： （2-11） 图 2-7 单级CIC滤波器的的结构图令可得CIC滤波器的频率响应为： （2-12）单阶CIC滤波器的幅频特性为： （2-13）由式(2-12)可得为其主瓣

40、，其他区域称为旁瓣。随着频率的增加，旁瓣的幅值会不断减小。当时，滤波器的幅值为： （2-14）第一旁瓣的峰值幅值为： （2-15）衰减定义为，为第一旁瓣与主瓣的比值： （2-15）由式（2-15）可得，当旁瓣幅值变大时，阻带的衰减就会变得越差。CIC的优点：(1) 无乘法器：没有乘法器在一定程度上减少了运算量，从而可以提高电路的速率。(2) 无系数存储器。存储器的减少直接影响设计的经济性。(3) 中间暂存的单元少。(4) 需要的外部控制和定时电路少。3 FPGA的应用3.1 FPGA介绍FPGA（Field Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它包含了可配置的

41、逻辑块以及逻辑块之间的互联线。现场可编程是设计人员可以通过在工作现场完成对这些逻辑块的配置，以实现或改变复杂的电子系统的功能。FPGA是基于在PAL、GAL、CPLD等可编程器件进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA的特点如下：可编程性。可编程性是指FPGA的I/O管脚可编程、接口标准可配置、布线可编程、内部逻辑可配置及时钟配置可编程。丰富的可配置资源，大量的可配置逻辑块、丰富的RAM资源、数据时钟管理模块、内嵌DSP模块、大量的IP核。布线资源连通了FPGA内部的所有单元，而连线的

42、长度和工艺决定着信号在连线上的传输速度和驱动能力。FPGA芯片具有丰富的布线资源，根据工艺、长度、宽度和分布位置的不同而划分为四类不同的类别。第一类是全局布线资源，用来完成芯片内部全局时钟和全局复位/置位的布线；第二类是长线资源，用来完成芯片库之间的高速信号和第二全局时钟信号的布线；第三类是短线资源，用于完成基本逻辑单元之间的逻辑互连和布线；第四类是分布式的布线资源，用于专用时钟信号、复位信号等控制线。在实际中，设计者根本不需要直接选择布线资源，布局布线器会自动地根据输入逻辑网表的拓扑结构和约束条件选择布线资源来连通各个模块单元。从本质上讲，布线资源的使用方法直接影响着设计的结果。3.2 QuartusII和Modelsim的介绍QuartusII是Altera公司推出的CPLD/FPGA开发工具，提供了完全集成且与电路结构无关的开发环境，具有数字逻辑设计