FPGA实现的DA算法FIR滤波器设计与验证

"本文主要介绍了基于分布式算法(DA)的FIR数字滤波器在FPGA上的实现方法。设计过程中，使用MATLAB确定滤波器参数，然后采用Verilog HDL进行逻辑描述，并在Quartus Ⅱ环境中进行综合，通过Modelsim进行仿真验证。该方法以16阶FIR低通滤波器为例，在ACTEL公司的ProASIC3A3P250芯片上实现了FPGA设计，实验结果表明设计满足要求。" 在数字信号处理领域，FIR（Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应）滤波器被广泛应用，但使用专用DSP芯片设计FIR滤波器可能存在速度较慢的问题。为解决这一问题，文章提出了一种基于分布式算法(DA)和FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的设计方案。DA算法能够有效地利用FPGA的并行计算能力，提高滤波器的运算效率。 DA算法的基本思想是将乘积和的计算过程分解为一系列逐位相乘和累加的操作，这样可以充分利用FPGA的查找表资源，实现快速并行计算。对于16阶FIR滤波器，其滤波器系数（Array A）与输入数据（x[n]）进行内积计算，通过DA算法，可以将原本线性的计算流程转换为并行的计算流程，从而提高运算速度。 在设计流程中，首先使用MATLAB进行滤波器设计，确定所需参数，例如截止频率、过渡带宽度等。接着，采用硬件描述语言Verilog HDL将滤波器的逻辑功能描述出来，这一步骤对于FPGA实现至关重要，因为Verilog代码将直接决定FPGA内部逻辑的构造。然后，利用EDA工具Quartus Ⅱ对Verilog代码进行综合，生成适合目标FPGA的配置文件。最后，在Modelsim这样的仿真工具中进行功能验证，确保滤波器设计的正确性。 实验部分，作者在ACTEL公司的ProASIC3A3P250 FPGA芯片上实现了16阶FIR低通滤波器，通过实际运行和测试，证明了该设计能够在FPGA上正常工作，且数据处理结果满足预设的设计指标。这种方法的优势在于，它不仅可以提高滤波器的运算速度，而且具有很高的灵活性，可以根据需要调整滤波器的参数，适应不同的应用场景。 基于DA算法的FIR滤波器FPGA设计方法是一种高效、灵活的解决方案，它结合了FPGA的并行处理能力和DA算法的优化计算方式，为数字信号处理提供了一条快速且可扩展的途径。随着FPGA技术的不断发展，这种方法有望在更多领域得到应用。