多级CIC滤波器在抽取与内插中的高效结构及其应用

"多级CIC滤波器用于抽取时的高效结构-加速度信号调理电路设计及仿真" 本文深入探讨了多级CIC（积分梳状滤波器）滤波器在多抽样率信号处理中的应用，特别是在加速度信号调理电路设计中的效率提升。在第三章中，作者详细阐述了CIC滤波器的设计和结构优化，尤其是如何构建高效结构以适应M抽取和L内插操作。 CIC滤波器是一种特殊的递归滤波器，由积分器和梳状滤波器组成，常用于数字下变频和抽取操作。在图3.11所示的网络结构中，CIC滤波器被级联以形成一个多级系统。这种结构允许将抽取步骤提前到梳状滤波器之前，以提高运算效率。对于特殊情况，当积分梳状滤波器的阶数为M时，可以将抽取操作直接放在前面，以减少计算复杂度。而在一般情况下，如果积分梳状滤波器的阶数为kM，仍然可以在前面进行M抽取，如图3.12所示，形成高效的滤波结构。 在L内插时，类似的高效结构也可以实现，只是结构的一端变为梳状滤波器，中间是内插因子，最后是积分器。这种设计思路确保了积分器始终处于高数据速率端，梳状滤波器位于低数据速率端，而抽样率转换器位于两者之间。 然而，多级CIC滤波器级联时会出现增益累积可能导致的溢出问题。为解决这个问题，文章提出了两个关键条件：首先，数据编码体制应具备溢出周期性，例如2的补码编码；其次，累加器的位宽应足够宽，以容纳滤波器输出的最大值。满足这两个条件可以确保即使在数据溢出时，滤波器的运算结果也能保持正确。 论文还涉及到了多抽样率信号处理的其他方面，包括时域和频域的抽样率变换规律，以及多抽样率系统的高效实现理论。作者使用FPGA（现场可编程门阵列）实现了基于积分梳状滤波器和半带滤波器的2-256倍可编程抽取器，并设计了固定倍数的内插器，展示了多相结构在多抽样率信号处理中的应用价值。 该文提供了关于多级CIC滤波器在多抽样率信号处理中的设计、实现和优化的详尽讨论，特别是针对加速度信号调理电路，强调了如何通过精心设计滤波器结构来提高系统性能和效率。此外，文中还提及了雷达信号处理机的硬件设计，涵盖了从理论到实际应用的全面知识。