FPGA实现的高速全并行FIR滤波器设计

"基于FPGA的高速全并行FIR滤波器的设计，采用窗函数设计法生成滤波器抽头系数，通过FIR滤波器直接型结构变换实现全并行结构，固定乘法器系数，利用Verilog HDL在FPGA中实现128阶线性相位FIR滤波器的RTL级描述，构建多级流水线结构，实现单个时钟周期内的滤波操作。" 本文主要讨论了如何在FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台上设计并实现一种高速全并行的FIR（Finite Impulse Response）滤波器。FIR滤波器广泛应用于数字信号处理领域，如音频、图像和通信系统，用于去除噪声、平滑信号或进行频率选择。 首先，作者利用MATLAB中的窗函数设计方法生成滤波器所需的抽头系数。窗函数设计法是一种常见的FIR滤波器设计技术，通过选择不同的窗函数（如汉明窗、布莱克曼窗等）来调整滤波器的频率响应特性，以满足特定的滤波需求，如低通、高通、带通或带阻滤波。 接着，设计者将FIR滤波器的直接型结构转化为全并行结构，这通常涉及到将滤波器的运算分布在多个并行通道中，以提高处理速度。关键改进在于将乘法器的滤波器抽头系数设定为常数，而不是从只读存储器（ROM）中动态读取，这样可以减少访问延迟，提升系统的计算效率。 为了进一步加速处理过程，文章提出了在加法器和乘法器之后插入相应寄存器，形成多级流水线结构。流水线技术是数字系统设计中常用的一种优化手段，它将处理任务分割成多个阶段，每个阶段在一个时钟周期内完成一部分工作，从而实现在单一时钟周期内处理多个输入样本，极大地提高了吞吐率。 通过使用Verilog HDL（硬件描述语言）进行RTL（Register Transfer Level）级别的描述，设计被转化为FPGA可执行的逻辑电路。Verilog是一种强大的工具，它允许工程师以抽象的方式描述数字系统的行为和结构，便于硬件的逻辑综合和布局布线。 最后，通过网络分析仪对设计的滤波器进行了性能分析，验证了该滤波器能够在单个时钟周期内完成一次滤波操作，证明了设计的高效性。这种方法对于需要高速实时处理的系统，如无线通信基站、音频信号处理设备等，具有重要的应用价值。 该论文提供了一种在FPGA上实现高速全并行FIR滤波器的方法，通过优化设计和流水线技术，实现了快速的滤波运算，有助于提高系统性能并满足实时处理的需求。