积分梳状滤波器(CIC)的分析与设计

２０１５年第１期　（总第１４５期）　信息通信　ＩＮＦＯＲＭＡＴ１０Ｎ＆Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴＩｏＮＳ　２０ｌ５　（Ｓｕｍ．Ｎｏ　１４５）　积分梳状滤波器（ＣＩＣ）的分析与设计　陈路俊，赵军　（雷华电子技术研究所，江苏无锡２１４０６３）　摘要：积分疏状滤波器（ＣｌＣ）是数据通讯中的常用模块，一般用于数字下变频（ＤＤＣ）和数字上变频（ＤｕＣ）系统。文章在分　析ＣＩＣ滤波器特性的基础上，通过后面级联ＩＳＯＰ补偿滤波器的方法，改善了ＣＩＣ滤波器的性能。最后对ＣＩＣ滤波器进　行了设计仿真，并将补偿前和补偿后的ＣＩＣ滤波器性能进行了对比分析，同时将补偿后的ＣｌＣ滤波器与传统滤波器消　耗的资源情况进行了对比。　关键词：ＣＩＣ滤波器；ＤＤＣ：ＤＵＣ；ＩＳ０Ｐ　中图分类号：ＴＮ７１３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３－１１３ｌ（２０１５）０１　００８０．０３　１概述　软件无线电所基于的最基本的理论是带通采样定理，带　通采样的带宽应该越宽越好，这样对不同带宽的信号会有更　好的适应性，而且采样速率越高，对提高采样量化的信噪比是　ｘ（ｎ）　Ｈｌ‘ｚ）　Ｈ２（ｚ）　有利的。但是随着采样速率的提高带来的另外一个问题就是　后续的信号处理速度跟不上，特别是对有些同步解调算法，其　计算量大，如果数据吞吐率太高是很难满足实时性要求的。所　以需对采样后的数据流进行降速处理，ＣｌＣ滤波器仅利用加法　器、减法器和寄存器，没有一般ＦＩＲ滤波器所需的大量乘法运　图１　单级ＣＩＣ抽取滤波器的实现框图　它的等效结构如图２所示。　算，适合高采样率的情况，所以通常工作在运算量大的第一级，　可以节省资源，降低功耗。　图２单级ＣｌＣ抽取滤波器的等效结构　由图可见，ＣｌＣ抽取滤波器实现起来还是非常简单的，无　２积分疏状滤波器（ＣＩＣ）分析　２．１　ＣＩＣ滤波器原理　ＣＩＣ滤波器是由积分器和疏状滤波器组成。　积分器状态方程为ｙ［ｎ］＿ｙ［ｎ．１】＋ｘ［ｎ］，由公式可以得出，该　需一般ＦＩＲ滤波器所需的乘法运算，仅利用加法器、减法器和　寄存器，这无论是对提高实时性，还是简化硬件都有重要意义，　ＣＩＣ滤波器在多率信号处理中占有特别重要的位置。　２．２　ＣｌＣ滤波器的特性　单级ＣＩＣ滤波器的幅频响应为：　ｗＲＭ　积分器可以认为是累加器。对其进行ｚ变换，可以得到积分　器的传输函数为：　ＨＩ［ｚ］＝　疏状器的状态方程表示为ｙ［ｎｌ＝ｘ［ｎ］一ｘ［ｎ－ＲＭ】，式中，Ｍ为　Ｈ　ｌ＿Ｈｌ　．Ｈ２　】　０ｍＬ　Ｍ．ｓａ　－ｓａ　ｔ　延迟因子，是滤波器的一个重要参数，可以用来控制滤波器的　式中，Ｓａ（ｘ）为抽样函数，且Ｓａ（０）＝ｌ，所以ＣＩＣ滤波器在　ｗ＝０处的幅度值为ＲＭ，即Ｈ【ｅｉ。］＝Ｉ　Ｍ，ＣＩＣ的幅频特性如图　３所示。　频率响应，通常取１或２，Ｒ为降采样率，对上式进行ｚ变换，　可得传输函数为：　Ｈ　［ｚ】＝１．Ｚ　对于单级ＣＩＣ滤波器，它的传递函数为：　１　０—２￣／ＲＭ的区间为ＣＩＣ滤波器的主瓣，由图可见随着　频率的增大，旁瓣电平不断减小。当ＲＭ远远大于１时，　第一旁瓣电平为ＡＩ＝２ＲＭ／３￣，它与主瓣电平（ＲＭ）的差值　为ｃｔｓ＝２０１ｇ（ＲＭ／Ａ１）＝２０１ｇ（３ｒｆ２）＝ｌ３．４６ｄＢ。　Ｈ嘲篇ＨＩ【ｚ】・Ｈ２【ｚ】＝　（１一：堋）　单级ＣＩＣ抽取滤波器的实现框图如图１所示。　・可见单级ＣＩＣ滤波器的旁瓣电平时比较大的，只比主瓣　低１３．４６ｄＢ，这也就意味着旁瓣抑制很差，一般是难以满足实　ｎ＋一＋一—・●一”＋一—＋一”—＋一一——＋一　＋”＋一——卜“—・●一＊—＋一“—－．卜一＋”—・　一一—＋一　接收端又送回给上位机。测试结果表明，板卡的数据传输功　能正常，达到本设计的预期目标。　参考文献：　［１】李强，刁节涛，聂洪山．基于ＦＰＧＡ的高速串行传输系统的　设计与实现［Ｊ］．现代电子技术，２０１１（１５）：ｌ３１—１３４　［２】邢璐．高速信号采集接收板设计与实现［Ｄ］．西安：西安电子　科技大学，２０１２　【３］Ｘｉｌｉｎｘ．Ｖｉｒｔｅｘ．５　Ｆａｍｉｌｙ　Ｏｖｅｒｖｉｅｗ【Ｚ】．Ａｍｅｒｉｃａ：Ｘｉｌｉｎｘ　ｌｎｃ，　２００９　４结语　本文以实际项目需求为基础，提出了基于ＦＰＧＡ的高速　光纤数据传输板卡并通过了功能验证，其中使用Ａｕｒｏｒａ协议　绑定ＧＴＰ高速通道进行光纤数据通信是本设计中的难点。目　前，国内的硬件工程师才刚刚开始研究用于高速串行接口的　数字电路芯片和硬件系统电路设计，与国外在这方面的研究　还有很大的差距，如果要达到甚至是超过国外的研究水平，还　需要更多的硬件工程师对高速串行数据传输接口进行研究和　探索。　８０　【４】Ｘｉｌｉｎｘ．Ｖｉｒｔｅｘ．５　ＦＰＧＡ　ＲｏｃｋｅｔｌＯ　ＧＴＰ　Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　Ｕｓｅｒ　Ｇｕｉｄｅ　ｖ２．１［ｚ］．Ａｍｅｒｉｃａ：Ｘｉｌｉｎｘ　Ｉｎｃ，２００９　【ｓ］Ｘｉｌｉｎｘ．Ａｕｒｏｒａ　８Ｂ／１０Ｂ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｖ２．２【ｚ】．　Ａｍｅｒｉｃａ：Ｘｉｌｉｎｘ　Ｉｎｃ．２０　１　０