積分梳狀濾波器的FPGA實現

1 CIC濾波器結構分析

CIC濾波器最早是由Hogenauer提出的，后來出現了不少改進的結構形式。最基本的CIC抽取濾波器是指該濾波器的沖激響應具有如下形式：

CIC抽取濾波器在w=0處的幅度值為R，其幅頻特性如圖2所示。稱頻率區間0～2π／R為CIC濾波器的主瓣，而其他區間為旁瓣。由圖2可以看見隨著頻率的增大，旁瓣電平不斷減小，其中第一旁瓣電平為：

可見單級CIC濾波器的旁瓣電平比較大，只比主瓣低13.46 dB，說明阻帶衰減很差，一般很難滿足實用要求。為了降低旁瓣電平，可以采用多級CIC濾波器級聯的辦法來解決。

當Q=5時，QQS=67.3 dB，由此可見5級級聯的CIC濾波器具有67 dB左右的阻帶衰減，基本能滿足實際要求。實際應用的CIC抽取濾波器常采用多級結構來實現。由此可見實際應用中采用多級CIC抽取濾波器能適用更寬的有用輸入信號。適用于軟件無線電系統中的CIC抽取／內插濾波器如圖3所示，通常R的取值為1或2。

2 五級CIC濾波器的FPGA實現

在此設計的CIC抽取濾波器的參數為：抽取因子D=25，帶寬比例因子b=1／8，R=1的5級CIC濾波器。設輸入數據位寬為8 b，輸出數據位寬為10 b。

實現的VHDL代碼如下所示：

3 仿真分析

利用Altera公司的Quartus Ⅱ軟件，針對Cyclone系列的EP1C12Q24017，對CIC濾波器的實現方法進行仿真分析，所得時序圖如圖4所示。仿真結果表明5級CIC濾波器的實現方法正確。

4 結論

本文給出了適用于軟件無線電采樣率變換系統中CIC濾波器的結構，完成了5級CIC濾波器的具體設計，時序仿真分析證明了該濾波器的正確性和可行性。該多級CIC濾波器的FPGA實現方法可在其他多速率處理系統中推廣應用。