一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的fir濾波器及其設計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器及其設計方法，該濾波器由1個二進制數(shù)至剩余數(shù)轉換模塊，4個FIR濾波器子模塊以及1個剩余數(shù)至二進制數(shù)轉換模塊構成的；該基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的設計方法包括前端設計、硬件描述語言建模、綜合、成型；本發(fā)明的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器將一個計算分為若干個彼此獨立，互不影響，并行運算的子計算，消除了各個子計算之間的進位鏈，加快了計算的速度，在模集合選取上，使多有模都具有2n和2n±1的形式，可以利用這些特殊的形式來簡化轉換器硬件電路的設計，使其完全用最簡單的組合邏輯電路來實現(xiàn)，而不必占用存儲空間。
【專利說明】一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器及其設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字信號處理【技術領域】，尤其涉及一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器及其設計方法。
【背景技術】
[0002]基于剩余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器電路利用剩余數(shù)能將一個計算分為若干個彼此獨立，互不影響，并行運行的子計算以及字長在整個計算過程中始終保持不變的本質優(yōu)點，有效的解決了傳統(tǒng)濾波器存在的問題，越來越被廣泛的應用于超高速數(shù)據(jù)流的濾波處理中。
[0003]在數(shù)字信號處理領域中，一個不可或缺的部件是有限脈沖響應濾波器。它的高穩(wěn)定性決定了它廣泛的應用于通信、控制、圖像以及雷達等多種領域。然而，由于FIR濾波器是一個乘加密集型的計算單元，因此，在當前超高速信息流的沖擊下，傳統(tǒng)二進制數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器不可避免的產生了如下的問題:
[0004]I)保證實時通信。
[0005]2)通過減少抽頭數(shù)或乘加器的字長卻降低了濾波的精度和效果。
[0006]傳統(tǒng)的解決辦法是采用變換技術來實現(xiàn)，如快速傅里葉變換(FFT)等。然而，F(xiàn)FT是以塊的方式處理數(shù)據(jù)，因此在處理過程中需要大量的數(shù)據(jù)緩沖從而導致輸出的延時。
[0007]采用余數(shù)系統(tǒng)構建FIR濾波器是解決上述問題的有效方法。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器及其設計方法，旨在解決傳統(tǒng)的傅里葉變換是以塊的方式處理數(shù)據(jù)，在處理過程中需要大量的數(shù)據(jù)緩沖從而導致輸出的延時的問題。
[0009]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器由I個二進制數(shù)至剩余數(shù)轉換模塊，4個FIR濾波器子模塊以及I個剩余數(shù)至二進制數(shù)轉換模塊構成的；
[0010]進一步，所述的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的電路，以4模結合{2n-l，2n+l，22η，22n+l-l}，可同時處理4個模，處理數(shù)的動態(tài)范圍達到6n+l位，整個電路完全由組合電路構成，同時集合中的每一個模都具有2n和2n±l的形式；
[0011]一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的設計方法包括前端設計、硬件描述語言建模、綜合、成型。具體步驟如下:
[0012]步驟一、前端設計。
[0013]首先，根據(jù)濾波器的參數(shù)利用商業(yè)軟件Matlab的FDATool工具箱來設計FIR濾波器。FDATool根據(jù)輸入的濾波器參數(shù)求出濾波器的階數(shù)N，濾波器的系數(shù)，然后FDATool根據(jù)設計者指定的量化精度對系數(shù)進行量化。設計者根據(jù)量化的精度以及輸入數(shù)據(jù)的位寬決定余數(shù)系統(tǒng)的動態(tài)范圍M，利用公式Uog2 Mj決定模集合n的取值，然后求解量化系數(shù)關于各個模的余數(shù)。
[0014]步驟二、硬件描述語言建模。[0015]利用Verilog或VHDL硬件描述語言對基于相應模集合進行余數(shù)FIR濾波器建模，其中，二進制數(shù)至余數(shù)轉換器的設計，各個通道的模加法器的設計，模乘法器分別選用前一階段的最優(yōu)化的設計。根據(jù)步驟一求得的參數(shù)實例化模型，并用仿真軟件如ModelSim驗證邏輯是否正確。
[0016]步驟三、綜合。
[0017]將步驟二得到的邏輯正確的實例化余數(shù)FIR濾波器利用綜合軟件綜合，如Synopsys Design Compiler,獲取關鍵路徑的最小定時,然后,對生成的網(wǎng)表做后仿,驗證網(wǎng)表的邏輯正確性，如有錯誤，應修改邏輯后，再綜合后仿，此過程循環(huán)執(zhí)行直至網(wǎng)表正確。
[0018]步驟四、成型。
[0019]利用網(wǎng)表，生成版圖，聯(lián)系芯片鑄造商流片。也可以封裝成軟核或硬核，以IP核的形式發(fā)布。
[0020]效果匯總
[0021]本發(fā)明的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器有如下有益效果:
[0022](I)FIR濾波器是乘加運算的密集型數(shù)字信號處理，而剩余數(shù)系統(tǒng)在乘加運算上具有無可比擬的純并行性，它將一個計算分為若干個彼此獨立，互不影響，并行運算的子計算，消除了各個子計算之間的進位鏈，加快了計算的速度。
[0023](2)基于剩余數(shù)系統(tǒng)FIR濾波器，在模集合選取上，使多有模都具有2n和2n±l的形式。可以利用這些特殊的形式來簡化轉換器硬件電路的設計，使其完全用最簡單的組合邏輯電路來實現(xiàn)，而不必占用存儲空間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例提供的基于剩余數(shù)系統(tǒng)的四通道FIR濾波器電路的整體架構示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實施例提供的基于剩余數(shù)系統(tǒng)的四通道FIR濾波器電路的設計流程圖；
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]如圖1所示，一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器由I個二進制數(shù)至剩余數(shù)轉換模塊，4個FIR濾波器子模塊以及I個剩余數(shù)至二進制數(shù)轉換模塊構成的；
[0028]進一步，所述的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的電路，以4模結合{2n_l，2n+l，22η，22n+l-l}，可同時處理4個模，處理數(shù)的動態(tài)范圍達到6n+l位，整個電路完全由組合電路構成，同時集合中的每一個模都具有2n和2n±l的形式；
[0029]如圖2所示，一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的設計方法包括
[0030]SlOl:前端設計；
[0031]S102:硬件描述語言建模:；
[0032]S103:綜合；[0033]S104:成型。
[0034]具體步驟如下:
[0035]步驟一、前端設計。
[0036]首先，根據(jù)濾波器的參數(shù)利用商業(yè)軟件Matlab的FDATool工具箱來設計FIR濾波器。FDATool根據(jù)輸入的濾波器參數(shù)求出濾波器的階數(shù)N，濾波器的系數(shù)，然后FDATool根據(jù)設計者指定的量化精度對系數(shù)進行量化。設計者根據(jù)量化的精度以及輸入數(shù)據(jù)的位寬決定余數(shù)系統(tǒng)的動態(tài)范圍M，利用公式Llog2 Mj決定模集合n的取值，然后求解量化系數(shù)關于各個模的余數(shù)。
[0037]步驟二、硬件描述語言建模。
[0038]利用Verilog或VHDL硬件描述語言對基于相應模集合進行余數(shù)FIR濾波器建模，其中，二進制數(shù)至余數(shù)轉換器的設計，各個通道的模加法器的設計，模乘法器分別選用前一階段的最優(yōu)化的設計。根據(jù)步驟一求得的參數(shù)實例化模型，并用仿真軟件如ModelSim驗證邏輯是否正確。
[0039]步驟三、綜合。
[0040]將步驟二得到的邏輯正確的實例化余數(shù)FIR濾波器利用綜合軟件綜合，如Synopsys Design Compiler,獲取關鍵路徑的最小定時,然后,對生成的網(wǎng)表做后仿,驗證網(wǎng)表的邏輯正確性，如有錯誤，應修改邏輯后，再綜合后仿，此過程循環(huán)執(zhí)行直至網(wǎng)表正確。
[0041]步驟四、成型。
[0042]利用網(wǎng)表，生成版圖，聯(lián)系芯片鑄造商流片。也可以封裝成軟核或硬核，以IP核的形式發(fā)布。
[0043]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器，其特征在于，所述的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器由I個二進制數(shù)至剩余數(shù)轉換模塊，4個FIR濾波器子模塊以及I個剩余數(shù)至二進制數(shù)轉換模塊構成的。
2.如權利要求1所述的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器，其特征在于，所述的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的電路，以4模結合{2η-1，2η+1，22η，22η+1_1}，可同時處理4個模，處理數(shù)的動態(tài)范圍達到6η+1位，整個電路完全由組合電路構成，同時集合中的每一個模都具有2η和2η±1的形式。
3.一種基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的設計方法，其特征在于，所述的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的設計方法包括前端設計、硬件描述語言建模、綜合、成型。
4.如權利要求3所述的基于四模余數(shù)系統(tǒng)的FIR濾波器的設計方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一、前端設計； 首先，根據(jù)濾波器的參數(shù)利用商業(yè)軟件Matlab的FDATool工具箱來設計FIR濾波器。FDATooI根據(jù)輸入的濾波器參數(shù)求出濾波器的階數(shù)N，濾波器的系數(shù)，然后FDATool根據(jù)設計者指定的量化精度對系數(shù)進行量化；設計者根據(jù)量化的精度以及輸入數(shù)據(jù)的位寬決定余數(shù)系統(tǒng)的動態(tài)范圍M，利用公式Llog2 M」決定模集合n的取值，然后求解量化系數(shù)關于各個模的余數(shù)； 步驟二、硬件描述語言建模； 利用Verilog或VHDL硬件描述語言對基于相應模集合進行余數(shù)FIR濾波器建模，其中，二進制數(shù)至余數(shù)轉換器的設計，各個通道的模加法器的設計，模乘法器分別選用前一階段的最優(yōu)化的設計；根據(jù)步驟一求得的參數(shù)實例化模型，并用仿真軟件如ModelSim驗證邏輯是否正確； 步驟三、綜合； 將步驟二得到的邏輯正確的實例化余數(shù)FIR濾波器利用綜合軟件綜合,如SynopsysDesign Compiler,獲取關鍵路徑的最小定時；然后,對生成的網(wǎng)表做后仿,驗證網(wǎng)表的邏輯正確性，如有錯誤，應修改邏輯后，再綜合后仿，此過程循環(huán)執(zhí)行直至網(wǎng)表正確； 步驟四、成型； 利用網(wǎng)表，生成版圖，聯(lián)系芯片鑄造商流片；也可以封裝成軟核或硬核，以IP核的形式發(fā)布。
【文檔編號】G06F17/50GK103647522SQ201310577763
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】呂曉蘭, 肖明 申請人:呂曉蘭, 肖明