基于FPGA的FIR滤波器设计：脑电信号采集与干扰抑制

本篇论文主要探讨了基于FPGA的FIR滤波器在HiFi音响电路中的应用，同时也涉及到了脑电信号采集系统的相关设计。首先，作者概述了FPGA（Field-Programmable Gate Array）的优势，它作为可编程逻辑器件，允许用户在硬件级别实现复杂的信号处理算法，如FIR滤波器，相比传统的DSP芯片，FPGA具有更高的并行处理能力，能更高效地执行算法。 在滤波器设计方面，FIR滤波器因其无限长的冲激响应和线性相位特性，被广泛应用于信号处理领域，特别是在音频和脑电信号分析中。FIR滤波器的系统函数由滤波器系数和阶数决定，可以通过卷积运算来表示。设计者利用FPGA的灵活性，构建了包含延时环节、乘法器和加法器的结构，实现了数字滤波器的硬件实现。 针对脑电信号的采集，论文深入讨论了其微弱特性以及信号处理的复杂性。作者介绍了脑电信号的获取方法，包括头皮电极的使用、差分放大器的信号耦合和记录过程。为了适应信号的特性，设计者将整个系统划分为模拟电路和数字电路两部分，重点介绍了模拟电路中信号调理的方法，特别是FPGA在信号采集、显示和通信方面的应用。 放大电路设计是关键环节，因为脑电信号极其微弱，需要经过多级放大以满足采集需求。设计者采用了三级放大，详细分析了每个阶段的放大方式和增益，并通过仿真验证了设计效果。 滤波是保护脑电信号免受干扰的重要步骤，文中提到了高通和低通滤波用于去除频率范围外的噪声，以及针对50Hz工频干扰的陷波器设计。设计过程中进行了理论计算和仿真分析，确保滤波器性能。 隔离电路在防止后级电路对前级信号干扰方面起着重要作用。作者介绍了光隔离电路的应用，包括反馈型光电隔离器的工作原理和调节方法，以及对负极性信号的钳位电路转换。 采集芯片的选择、FPGA与采集电路的连接，以及在FPGA上实现数字滤波器的设计，都在后续章节中详细阐述。这篇论文结合了FPGA技术与脑电信号处理的实践，提供了FPGA在高级音响和脑电研究中的实用设计策略和技术细节。