多抽样率信号处理：滤波器设计与FPGA实现

本文主要探讨了在信号处理领域中的重要技术——33“重复”和“复制”在加速度信号调理电路设计中的应用，以及与之相关的乒乓操作、串并转换等概念。作者谢晋强，西安电子科技大学硕士研究生，专业为信号与信息处理，导师为苏涛，针对多抽样率数字信号处理进行了深入研究。 首先，乒乓操作（Ping-Pong Operation）是一种数据流控制策略，如图4.1所示。它通过输入数据选择单元和输出数据选择单元的交替工作，实现了数据的无缝缓冲和处理。这种结构使得数据流在经过缓冲后能连续不断地送至数据流运算处理模块，适合于对数据进行流水线式处理，特别适用于需要连续数据流处理的算法中。 串并转换是FPGA设计中的一种优化策略，它涉及两种基本操作：串转并和并转串。串转并主要用于提高数据吞吐率，通过增加逻辑模块面积来换取更高的系统工作速率；而并转串则是为了节省资源，通过牺牲部分速度来减少芯片面积。数据流的串并转换可以通过寄存器、RAM或更复杂的状态机来实现，具体选择取决于数据的数量和排序需求。 “重复”和“复制”在文中可能指的是在信号处理过程中对信号进行多次采样或复用的技术，这对于多抽样率系统至关重要。在滤波器设计中，积分梳状滤波器和半带滤波器被重点研究，因为它们是实现多抽样率变换的有效工具。作者利用这些滤波器在FPGA上设计了可编程的2-256倍抽取器，展示了高效的抽取器设计方法。 此外，论文还探讨了多相结构在多抽样率信号处理中的应用，通过多相结构设计固定倍数的内插器，进一步提升了系统的性能和灵活性。论文最后部分详细介绍了某型号雷达信号处理机的硬件设计，特别是如何在FPGA上实现多抽样率信号处理技术，这展示了实际工程中的应用实例。 这篇文章深入研究了多抽样率信号处理的基本原理、滤波器设计和在FPGA实现中的关键策略，强调了“重复”和“复制”等技术在提升信号处理效率和优化硬件资源上的作用。