基于FPGA的FFT音频信号分析与IIR滤波技术研究

本文是一篇关于音频信号分析仪的创新设计论文，发表于2007年，主要关注于Altera Cyclone II系列FPGA中的硬件与软件结合应用。作者是山东大学的王鹏、陈长林和秦亦安。论文的核心内容是利用嵌入式系统技术，特别是Nios处理器软核，取代传统的DSP芯片或高性能单片机，实现高效能的快速傅立叶变换(FFT)算法进行音频信号分析。通过这种方式，研究人员能够精确地处理音频信号，包括计算信号的总功率、各频率成分的功率、信号的周期性和失真度等关键参数。 文章中强调了FFT算法在音频信号处理中的优势，因为它能够在频域提供高精度的分析，这对于音频质量评估、噪声抑制和频谱分析等领域至关重要。此外，为了优化音频信号的滤波性能，研究者在FPGA内嵌入了8阶IIR切比雪夫II型数字低通滤波器，这种无源数字滤波器相较于传统的有源模拟滤波器，具有更高的稳定性和较低的噪声特性，能够有效提升音频信号的纯净度。 为了扩大信号检测的动态范围，论文还提到了配合12位A/D转换芯片AD1674和前端自动增益放大电路的设计。这使得该系统在宽广的输入电压范围（50mV到5V）内，能够保持高精度的单频率功率和总功率测量，误差控制在1%以内，确保了测量结果的准确性。 这篇论文不仅展示了如何利用现代FPGA技术进行音频信号处理的创新方法，还强调了数字信号处理技术在音频分析中的重要角色，以及如何通过硬件优化提高系统性能。这些研究成果对于音频工程、通信系统和信号处理领域的工程师来说，具有很高的参考价值。