CN110649910B - 一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器的实现方法，采用APB总线，能实时调节滤波带宽，可设定滤波器初值，通过时钟域同步后，采用计数器的方式实现低通滤波器，该滤波器的最大带宽是高频采样时钟(频率一般可达几百MHz)1/2，因此具有很大的带宽；较D触发器通过高频时钟锁存比较实现低通滤波的方式占用资源更少，效率更高。

Description

一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器实现方法
技术领域
本发明属于一种可编程逻辑器件实现可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器的方法，具体涉及一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器的实现方法。
背景技术
传统基于高级语言的数字信号滤波器，处理器定时采样周期大，导致通过该方法实现的数字量低通滤波器带宽较窄，不适用于频率较高的数字信号滤波(1MHz以上)。而基于FPGA实现的数字信号滤波器，通常利用D触发器通过高频采样时钟对被滤波信号进行锁存，然后比较锁存结果进行滤波，采用该方法可以大大增加滤波带宽，但对于带宽较窄的滤波器，采用频率高的高频采样时钟，则需要占用很多D触发器资源；采用频率较低的采样时钟，则会带来很大的惯性误差，导致滤波效果不好；同时该方法不能实现低通滤波器带宽的动态配置。
发明内容
本发明的目的是提供一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器的实现方法，它能够解决现有技术的不足。
本发明是这样实现的，一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器实现方法，它包括如下步骤：
(1)根据实际滤波输出后初值要求，配置被测信号滤波后初值D0为“0”或“1”，默认值为“0”；
(2)配置初始滤波带宽N0，N0为等效高频采样时钟(Clk，频率为fs)个数，实际带宽(F0)由公式(1)进行计算；
F0＝fs/N0 公式(1)
(3)根据整个过程中需要滤波的带宽(Nf)，按照公式(2)配置Cx的位宽B0；
B0＝log2Nf 公式(2)
(4)通过APB总线写入实时滤波带宽Nf，如果没有写入，则Nf值为N0；实际实时带宽Ff按照公式(3)进行计算；
Ff＝fs/Nf 公式(3)
(5)利用高频采样时钟上升沿对被滤波信号(Fx)锁存两次，用于被测信号跨时钟域处理，其中第1、2次锁存后信号为Fx_D0和Fx_D1；
(6)复位时，滤波计数器Cx初值为0，Dout值为D0；
(7)高频采样时钟上升沿时，Cx值按照公式(4)处理；
Figure BDA0001710369450000021
(8)高频采样时钟上升沿时，Dout值按照公式(5)处理；
Figure BDA0001710369450000022
(9)实时根据APB总线输入Nf值，对滤波带宽进行更新。
本发明的优点是，本方法通用性强，采用APB总线，能实时调节滤波带宽，可设定滤波器初值，通过时钟域同步后，采用计数器的方式实现低通滤波器，该滤波器的最大带宽是高频采样时钟(频率一般可达几百MHz)1/2，因此具有很大的带宽；较D触发器通过高频时钟锁存比较实现低通滤波的方式占用资源更少，效率更高。
附图说明
图1为一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器实现方法原理示意图。
图中，先配置滤波输出初值D0和初始滤波带宽N0；复位计数器Cx，对滤波信号进行时钟域同步处理，然后在高频采样时钟CLK上升沿用计数器Cx记录Fx_D1和Dout差异次数，但差异次数不小于设定滤波带宽Nf时，输出Fx_D1,其余时间保持原值；整个过程可以通过APB总线配置Nf值，实时调整滤波器带宽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细介绍：
本发明中滤波带宽(Nf)通过APB总线进行读写配置；数字信号滤波后初值(D0)，初始滤波带宽(N0)和滤波计数器(Cx)的位宽(B0)，通过调用时设定，根据这些参数输出滤波后数字量信号(Dout)。
一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器实现方法，具体步骤为：
(1)根据实际滤波输出后初值要求，配置被测信号滤波后初值D0为“0”或“1”，默认值为“0”；
(2)配置初始滤波带宽N0，N0为等效高频采样时钟(Clk，频率为fs)个数，实际带宽(F0)由公式(1)进行计算；
F0＝fs/N0 公式(1)
(3)根据整个过程中需要滤波的带宽(Nf)，按照公式(2)配置Cx的位宽B0；
B0＝log2Nf 公式(2)
(4)通过APB总线写入实时滤波带宽Nf，如果没有写入，则Nf值为N0；实际实时带宽Ff按照公式(3)进行计算；
Ff＝fs/Nf 公式(3)
(5)利用高频采样时钟上升沿对被滤波信号(Fx)锁存两次，用于被测信号跨时钟域处理，其中第1、2次锁存后信号为Fx_D0和Fx_D1；
(7)复位时，滤波计数器Cx初值为0，Dout值为D0；
(7)高频采样时钟上升沿时，Cx值按照公式(4)处理；
Figure BDA0001710369450000031
(8)高频采样时钟上升沿时，Dout值按照公式(5)处理；
Figure BDA0001710369450000041
(9)实时根据APB总线输入Nf值，对滤波带宽进行更新。
本发明的特点如下：
本方法采用高频采样时钟用于数字信号滤波，被滤信号带宽最大可到高频采样时钟的1/2，在可编程器件中，高频采样时钟可到几百MHz，因此大大提高了滤波器的带宽；
采用标准APB总线实现滤波带宽的配置，用户可以根据不同应用环境、不同时间随时调节滤波带宽，应用灵活；
采用一个计数器实现低通滤波算法，结构简单，占用逻辑资源少；
滤波输出初值可配置，可以有效防止开始阶段输出错误的沿和电平；
滤波带宽初值可以配置，可以用于固定低通滤波带宽或者没有处理器APB配置的情况，通用性强；
信号输出延迟时间为Nf/fs,用户可以根据实际情况通过调节Nf参数，调节惯性环节。

Claims (1)

1.一种可动态配置的大带宽数字信号低通滤波器实现方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)根据实际滤波输出后初值要求，配置被测信号滤波后初值D0为“0”或“1”，默认值为“0”；
(2)配置初始滤波带宽N0，N0为等效高频采样时钟Clk，频率为fs个数，实际带宽F0由公式(1)进行计算；
F0＝fs/N0 公式(1)
(3)根据整个过程中需要滤波的带宽Nf，按照公式(2)配置Cx的位宽B0；
B0＝log2Nf 公式(2)
(4)通过APB总线写入实时滤波带宽Nf，如果没有写入，则Nf值为N0；实际实时带宽Ff按照公式(3)进行计算；
Ff＝fs/Nf 公式(3)
(5)利用高频采样时钟上升沿对被滤波信号Fx锁存两次，用于被测信号跨时钟域处理，其中第1、2次锁存后信号为Fx_D0和Fx_D1；
(6)复位时，滤波计数器Cx初值为0，Dout值为D0；
(7)高频采样时钟上升沿时，Cx值按照公式(4)处理；
Figure FDA0003963281520000011
(8)高频采样时钟上升沿时，Dout值按照公式(5)处理；
Figure FDA0003963281520000021
(9)实时根据APB总线输入Nf值，对滤波带宽进行更新。
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