基于FPGA的IIR数字滤波器设计[范文]

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的

在数字信号处理（DSP，Digital Signal Processing）方面，数字滤波器（digital filter）这一器件应用范围非常广，其主要功能是运算处理所输入的数字代码，这类代码的信号处于离散状态，从而能有效改变信号频谱。在音像信号、医学生物信号和其他领域方面，数字滤波器应用范围非常广。在其硬件设计方面，主要运用软件或DSP芯片而实现的，其劣势在于不能较快的实现数据处理。当今的信息技术迅猛发展，有海量数据待处理，为满足现实要求，所用的器件必须能快速处理数据，滤波效果良好。

基于FPGA的IIR数字滤波器设计示意图

现如今的电子信息技术飞速发展，传统方法已经不能满足现实要求，所以在信号处理设备中采用FPGA。相对于传统的实现方法，其优势体现在能并行处理数据，滤波器的数据输入输出效率明显提升。此外，FPGA能进行编程，当需求出现变化时，能在不替换芯片的情况下，进行全新设计。

在过去，电子技术主要是通过模拟技术来实现，现主要是向数字技术方向发展，数字信号处理技术已经全面取代传统的模拟信号处理技术，大部分数字化产品，都要在尽可能短的时间内，处理完毕数字信号，DSP的广泛应用，保证了众多高性能电子产品功能的发挥。实施信号的滤波、转换、分析、处理以及特征数据归纳等，这就是信号处理。人类社会已进入信息化时代，并且也已步入数字世界，由此，数字信号处理现已发展为核心学科及技术范畴，被最大限度的应用于通信、音像处理、自动化、军事、医药以及大型家电等领域。为增加设备的使用价值，降低制造成本，这就要求其数字信号处理过程能快速完成，而且灵活多变，此外，还能有效节约产品的转化应用周期。

现场可编程器件（FPGA）属于一种高密度的可编程器件，诞生于上世纪八十年代，相比较于复杂可编程器件（CPLD），其内部结构包含众多可编程模块，与掩膜可编程门阵列（MPGA）极为相似，使用者可以运用编程手段，把各个模块相连，从而完成设计活动。FPGA高效融合了MPGA和CPLD的优点，其集成度更高、逻辑实现程度更强，其设计活动更为多变。所以，FPGA的功能更强，应用范围更广，具有较高的时效性和灵活性，能确保数字信号处理充分适应新技术要求。

在处理数字信号的过程中，数字滤波器发挥了关键性作用，且应用范围较广。将输入及输出的数字信号，采用相关运算公式，调整所输入信号中频率成分的比值，或将某类频率成分删掉，这就是我们通常所讲的数字滤波，其作用在于辨析信号内含的价值内容，并进行提取和增强，发现干扰信号的内容，并进行削弱。相对于模拟滤波，数字滤波的精确水平高、稳定性好、灵活多变，且便于进行集成开发，能明显减少相关成本，减小研究应用周期，因此，在众多方面已经取代传统摸拟信号系统。

通常情况下，数字滤波器有两种实现方法，分别为有限冲击响应数字滤波器（Finite Impulse Response，FIR）和无限冲击响应数字滤波器（Infinite Impulse Response，IIR）。如果技术指标一致，在此情况下，后者比前者所用较少阶数，就能达到指标的具体要求。分析其原因，是后者应用了反馈机制，其通带以及阻带衰减特性非常好。现如今，设计IIR滤波器过程中，使用FPGA的研制方案，还不是很成熟，包含于DSP的FPGA解决方案是现代电子技术长期发展的结果，主要应用了SOPC技术，EDA技术和DSP技术，处理数字信号方面，有深远的理论意义和现实价值。相对于过去使用的技术，它有长足的进步，各项优势充分显示出来，主要表现为快速及时性、高度稳定性、技术独立自主性、系统重构性以及技术的规范性和高效性。

最近几年，计算机及大型集成电路技术发展迅速，在各行各业当中，数字信号处理技术应用较广，主要有数字化通信、医药数据信号处理以及特质测量仪器设备等。

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