FPGA数字滤波器实现技术探讨

"这篇学术论文探讨了基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的数字滤波器实现技术，主要针对信号处理领域的应用。作者指出，随着数字信号处理技术的发展，速度、设计规模、功耗和开发周期成为主要挑战，FPGA实现技术成为重要的解决方案之一。论文分为两大部分，首先介绍了FPGA设计的基本方法和流程，特别是通过System Generator进行快速产品开发的方式。其次，深入研究了FPGA上的FIR滤波器实现，包括直接结构、转置结构和分布式算法，并探讨了乘法器优化技术如CSD编码和系数分解，以及简化加法器图等。此外，论文提出了适用于FPGA的1比特多操作数加法结构，并分析了不同FIR滤波器实现方法的优缺点。论文最后提供了一个带通滤波器的设计实例，并提及研究成果已应用于‘北斗一号’导航定位接收机。关键词包括数字信号处理、FPGA、数字滤波器实现、乘法器优化和多操作数加法。" 在这篇论文中，作者详细阐述了FPGA在数字滤波器实现中的关键技术和应用。首先，FPGA因其可重构性，成为了数字信号处理领域中实现高速、低功耗和缩短开发周期的理想平台。论文的第一部分介绍了FPGA设计的基础，包括设计方法和流程，特别是System Generator工具，它允许设计师自上而下地进行FPGA设计，加速产品开发。 接下来，论文的核心是FIR滤波器的实现。FIR滤波器广泛用于信号处理，因为它可以提供线性相位特性。作者详细比较了三种FPGA上的实现策略：直接结构、转置结构和分布式算法。对于直接结构，论文探讨了乘法器优化技术，如Canonical Signed Digit (CSD)编码，它可以减少乘法器的硬件需求。转置结构的优化则集中在简化加法器图上，以提高效率。此外，论文还提出了一种1比特多操作数加法结构，特别适合于FPGA实现，特别是在处理1比特采样和系数的FIR滤波器时，能显著提升资源利用率。 最后，论文对各种FIR滤波器实现方法进行了评估，分析了各自的优缺点和适用场景，并给出一个实际的带通滤波器设计案例，展示了理论与实践的结合。这项研究的实际应用验证了其在"北斗一号"导航定位接收机中的有效性，证明了FPGA滤波器实现技术在信号处理领域的实用价值。