使用CIC和FIR滤波器设计数字下转换系统

Designing Digital Down Conversion Systems 设计示例使用了 cascaded-integrator-comb (CIC) 和有限脉冲反应 (FIR) 编译器功能,展示了一种使用数字信号处理 (DSP) 知识产权 (IP) 的多通道多速率数字系统。

采用率转换广泛应用于现代数字系统,尤其是无线通信系统,如 WCDMA 和 WiMAX 系统。连接 CIC 和 FIR 滤波器可帮助高效实施抽取和插值。

本示例展示了一种数据速率降频转换系统,该系统常见于时分多路复用 (TDM) WiMAX 接收器中。图 1 展示了整个系统图。

图 1.TDM 数字降频转换系统框架图

模型

设计实例的输入来自两个独立的数据源,例如,数字通信系统的同相(I)和正交(Q)分量。同相信号是中心频率为4.57 MHz的正弦波。正交信号是余弦波,中心频率也是4.57 MHz。以182.784 MHz对组合后的时分复用输入数据流进行采样,因此,同相和正交信号相应的数据速率是91.392 MHz。高频加性噪声对部分输入信号造成损伤。

CIC和FIR滤波器将同相和正交信号采样率转换到11.484 MHz,同时保留了输入信号频谱信息。抽取滤波器还抑制了带外噪声。因此,这一比率转换系统的输出应该是频率为4.57 MHz的无噪声下转换采样正弦波。对于定义好的比率转换系统,从输入到输出,窄带信息信号应保持其频谱不变,如这一设计实例所示。

特性

  • 使用 CIC 编译器 IP 可高效实施抽取或插值。
  • FIR 编译器进行了专门配置,可通过逆向 sinc 频率响应补偿 CIC 滤波器衰减。
  • MATLAB* 脚本设计 CIC 补偿滤波器供您参考。脚本使用频率采样方法设计可做出逆向 sinc 频率响应的 FIR 滤波器。整体系统响应可帮助您验证关键系统规格,如通带波动和阻带衰减。
  • 支持多个输入数据源。对于无线和有线应用,输入数据可作为时分多路复用查看。对于其他应用,数据源可作为隔行扫描查看。
  • 数据包格式转换器用于对多个数据源进行妥当的取消隔行扫描,以便于显示。
  • Avalon® Streaming (Avalon-ST)接口可在内核之间传输多个数据源的分组数据。有关 Avalon-ST 的更多信息,请参考Avalon接口规范 (PDF)

文件

下载这一实例中所使用的文件:

这一设计的使用在硬件参考设计许可协议控制下,请遵循这些条款和条件。

zip下载中的文件包括:

  • TDMDDC.mdl - DSP Builder设计文件
  • ciccomp.m - MATLAB脚本,用于设计一个反正弦CIC补偿滤波器。
  • cic.vhd - 打包器文件,用于生成CIC编译器IP内核。
  • fir.vhd - 打包器文件,用于生成FIR编译器IP内核。
  • fdcoeffR4N8M1L110.txt - 预生成的补偿FIR滤波器系数

参数

DSP Builder中的CIC和补偿FIR设计实例

表1显示了频率总响应规范。根据频率响应要求为CIC和FIR滤波器选择参数(参见表2和表3)。

表1. WiMAX DDC实例频谱总要求

参数

数值

输入采样频率

91.392 MHz

输出采样频率

11.424 MHz

带通沿

4.75 MHz

带通波纹

< 0.05 dB

带阻衰减

> 90 dB

表2. CIC滤波器参数

CIC参数

数值

滤波器类型

抽取

级数

8

比率变化因子

4

差分延时

1

接口数量

1

每一接口的通道数量

2

输入数据宽度

8

输出数据宽度

16

Hogenauer裁剪

打开

输出取整

融合

表3. FIR滤波器参数

FIR参数

数值

抽取率规范

2倍抽取

输入通道

2

输入位宽

有符号二进制16

输出位宽

全分辨率

系数缩放

器件系列

Stratix® II

结构

MCV

流水线级

2

每路输出数据的时钟

2

数据存储

M4K

系数存储

M512

乘法器

DSP模块

系数输入

来自文件

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