优化CIC抽取滤波器设计：提高阻带衰减与降低信号混叠

本文主要探讨了单片机与数字信号处理器(DSP)中改进型CIC抽取滤波器的设计与FPGA实现。抽取滤波器在∑－△模/数转换器中扮演关键角色，特别是积分梳状滤波器，常被用作第一级滤波器，其优势在于无需乘法器，系数为整数，节省存储资源，并可通过置换抽取降低部分电路的工作频率，减少硬件成本。然而，一阶抽取率为32的积分梳状滤波器的阻带衰减仅为约15dB，无法满足实际滤波器的性能需求。 为提升滤波性能，文章引入了级联积分梳状滤波器（CIC）技术。CIC滤波器通过级联多级滤波器，理论上可以提高阻带衰减，但会带来信号混叠问题和主瓣曲线不平坦的现象。传统的CIC滤波器存在这些问题，因此本文提出了一种改进方案，即采用COSINE滤波器，其传输函数形式不同于经典Hogenauer CIC滤波器，具有不同的幅频特性。 改进的COSINE滤波器通过调整参数N，可以提供不同的幅频响应，当将其与CIC滤波器级联时，能够形成低通滤波特性，有助于优化传统CIC滤波器的性能。具体来说，通过设定Ni = M / (2i + 1)，使得COSINE滤波器的第一零点与CIC滤波器的第一个零点重合，从而增强滤波效果并减少信号失真。 设计和实现这种改进型CIC抽取滤波器在FPGA上，不仅要求精确控制滤波器的参数，还需考虑硬件资源的优化和算法效率。这包括电路设计、仿真验证、以及针对信号处理复杂度的优化策略。FPGA的并行处理能力使得这种高级滤波器结构得以高效执行，同时还能提供灵活的配置选项，以适应不同应用场景的需求。 本文的核心知识点包括：CIC抽取滤波器的基础原理，一阶积分梳状滤波器的局限性，CIC滤波器与COSINE滤波器的级联结构以及如何在FPGA上实现这一改进设计，以达到更好的滤波性能和硬件效率。