如何利用D触发器模块实现延时功能
采集列表 2024-11-27

1.引言

数字滤波器在通信、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器等众多领域得到了广泛的应用。其中IIR数字滤波器和FIR数字滤波器是目前人们使用较多的两种。数字滤波器通常采用计算机软件、专用数字滤波器、DSP器件或可编程逻辑器件(如FPGA)实现。因为,用FPGA实现数字滤波器具有实时性强、灵活性高、处理速度快以及小批量生产成本低等优点,所以得到了较为广泛的应用。本文以巴特沃思数字带通滤波器为例,较为详细地介绍了其设计和实现方法。给定巴特沃兹数字带通滤波器的抽样频率为500Hz,上、下边带截止频率分别为150Hz和30Hz.

2.滤波器的系统模型

双线性变换法是在低通滤波器的基础上采用频率变换法把低通滤波器转换成所需要滤波器的。据此方法,我们得到如下滤波器的系统模型:

3.Matlab仿真

针对式(1)所描述的系统模型,利用Matlab软件工具箱函数freqz(b,a,N,Fs)绘制出其幅频特性和相频特性,以检验参数的正确性。该滤波器的幅相频率特性如图1所示。

由图1可见,系统的上、下边带分别为150Hz和30Hz,满足系统设计要求。

4.FPGA设计

4.1 滤波器的结构

同一系统函数的IIR滤波器可以用不同的结构来实现,如直接I型、直接II型(典范型)、级联型和并联型。不同的结构有不同的特点,为便于硬件实现及容易确定数据位数,本文选用直接I型这一结构形式。

系统的直接I型结构如图2所示。

4.2 FPGA主要模块

(1)D触发器模块

使用D触发器来实现图2中所需的延时功能。每当时钟上升沿到来时,便对输入的数据进行锁存。D触发器可以利用Quartus II软件中LPM宏模块定制实现。

(2)乘累加模块

由式(1)所描述的滤波器的系统模型,可得所对应的差分方程如下:

乘累加模块承担式(2)中乘累加的计算工作。

5.系统框图及实验波形图

利用数字滤波器实现模拟信号滤波的系统结构框图如图3所示。

模拟输入信号经A/D转换器转换为数字信号,用FPGA数字滤波器进行滤波处理,再经D/A转换器转换为模拟输出信号,完成模拟信号的滤波处理。FPGA芯片采用的是Cyclone II系列EP2C5T144C8型FPGA.A/D和D/A转换器采用的康芯高速ADC/DAC模块。

输入峰峰值为5V的正弦信号,周期分别为10Hz、100Hz和200Hz,经滤波系统处理后所得输出信号波形分别如图4、5、6所示,输出信号幅度分别为400mV、2.32V、1.2V.

6.结语

本方案利用FPGA实现了巴特沃兹IIR数字带通滤波器,并给出较为详细的方案设计过程。实验结果证明了所设计的滤波器完全满足预定设计要求,从而也证实了本方案的有效性、可行性。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • 硬件
  • 原理图
  • 信号完整性
  • EMI
  • 电池采样电路异常,咋整?

    俗话说的好“电路和我有一个能跑就行,电路不跑我就跑”​。今天这期带来的是群友的一个硬件bug​。不过多阐述,​一起看看:

    12-04
  • 如何解决电调滤波电路中的温度漂移问题

    1、引言 电调滤波器是宽带微波接收机以及电子对抗系统中的关键部件之一,其性能指标的优劣直接影响整机性能。传统的YIG调谐滤波器在某些需要快速(μs级)调谐的场合是不适用的。因而,以变容管为调谐元件的电调滤波电路得到了日益广泛的应用。然而在窄带(<2%)调谐情况下,谐振元件尤其是变容管结电容的温度漂移严重影响电路性能,因此必须在电路原理以及结构上精心设计并采取必要的补偿措施。本文介绍了作者在该...

    11-27
  • FBAR滤波器在未来无线通信中的角色是什么?

    近年来,随着无线通信技术朝着高频率和高速度方向迅猛发展,以及电子元器件朝着微型化和低功耗的方向发展,基于薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)的滤波器的研究与开发越来越受到人们的关注。 传统的无线通信系统常常用到介质滤波器和SAW(Surface Acoustic Wave,声表面波)滤波器。介质滤波器虽然有较好的性能,但体积大,不便于用到便携式设备...

    11-27
  • RF增距芯片A7700助力射频电路设计

    由于消费类产品对无线通信功能的需求不断增长,针对这些需求目前存在各种技术方案,这些方案的优越性可用下面五个关键指标来衡量:成本,成本越低,应用越广。市场经验说明,当成本每降低10%,市场潜力将会扩大100%;传输范围,短距离无线方案的适用范围一般在室内30米以内;电源效率:无线设备在许多情况下是由电池供电的,因此电池使用寿命是一个关键指标,这一问题将会间接地反映在成本上;服务质量(QoS),在满足...

    11-27
  • 新型宽阻带共面带状线低通滤波器

    引言 共面带状线(CPS)是在二十世纪七十年代提出的一种同平面的传输线方式,由于结构简单,易于与有源和无源二端口器件跨接,避免了穿孔带来的工艺麻烦。同时,CPS对介质厚度不敏感、由不连续结构引起寄生效应小, 高频电磁波传播时损耗较低等,因此,被广泛应用于馈电网络和微波电路,如印刷偶极子天线、滤波器、耦合器、谐振器和放大器等。 在整流天线系统中,低通滤波器要求允许基波通过,能够有效阻止二次、三次谐波...

    11-27
  • 边限振荡器在核磁共振成像中的作用是什么?

    核磁共振成像采用先进的电子计算机断层成像技术,形成核磁共振计算机体层摄影,核磁共振成像的基本原理就是以磁场值来标记人体中共振核的空间位置。将人体置于一个稳定磁场中,并用特定的射频电磁波脉冲序列照射,使人体内某种原子核产生核磁共振,设法检测出某一层面内的核磁共振信号。然后由计算机处理成像,共振像表现的就是人体中核磁共振参数的空间分布,利用多种技术和方法,可以反映不同的信息内容,提供人体内部许多其他C...

    11-27
下载排行榜
更多
评测报告
更多
广告