专利名称：一种基于fpaa和fpga技术的综合滤波系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及滤波器设计和集成电路应用，属于信号处理领域。
背景技术：
随着微传感器时代的到来，对传感器微弱信 号的高效处理越来越重要，在微信号的调理电路中对有用信号的提取显的更为重要。目前的滤波电路主要分为两类模拟滤波和数字滤波，模拟滤波主要是分立元件和中集成规模电路构建，这种电路的设计对设计者的专业知识要求较多，对设计的工作经验要求比较高，同时调试比较困难；数字滤波首先要将信号进行模数转换，这样不可避免的丢失许多有用信息，同时数字滤波对算法要求比较高，进而这对控制器的运算能力要求更高；FPAA技术的出现很好的解决了上述问题。中国专利201020685324.0中介绍了一种程控滤波装置，此专利中可以通过功能开关来实现低通、高通、带通、带阻四种滤波器，但是其不同种滤波器的切换不灵活。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种可以灵活设计、验证各种数字滤波器和模拟滤波器的综合滤波系统。该综合滤波系统充分利用FPGA可编程特点，在外围电路不变的基础上，对芯片内部电路进行不同的编程，实现各项数字信号的处理功能。结合FPAA技术在线可重构技术，在不断电的情况下，对电路的参数和结构切换，使电路灵活、设计范围更加广泛。本发明的技术方案是一种基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统,包括FPGA单元和FPAA滤波单元。FPGA单元包括FPGA模块、下载模块、存储模块、输入设备和输出设备，用于通过控制器IP核控制整个电路，并提供分频给FPAA模块各种时钟频率以完成不同种类滤波器；FPAA滤波单元包括FPAA滤波器模块、信号预处理模块和信号后处理模块，用于实现模拟滤波器的不同性能，并实现其他常用模拟电路功能。作为本发明的进一步改进，FPGA单元利用其在数字信号处理的可编程特性实现各种数字电路，包括分频器、控制器IP、数字滤波器算法。作为本发明的进一步改进，FPAA滤波单元在不改变外围硬件电路的条件下，实现不同类型、不同种类的滤波电路。作为本发明的进一步改进，所述基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统将数字集成电路和模拟集成电路相互结合。作为本发明的进一步改进，FPGA单元和FPAA滤波单元中预留若干接口，用于用户对芯片内部的电路进行升级。与现有技术相比，本发明有以下优点和有益效果。1、本设计结构简单，设计人性化，可以根据用户的需求对滤波器的工作方式、滤波种类进行快捷设计，以实现FIR、IIR、脉冲成形、巴斯沃什、切比雪夫I类、切比雪夫II类、贝塞尔以及客户自己设计的各类低通、高通、带通、带阻各种滤波功能。
2、本发明设计可以既可以设计数字滤波器，也可以设计模拟滤波器，同时也可以设计两者结合的滤波器，这很好的为滤波器研究者提供了滤波器设计、验证平台。3、本发明充分利用了 FPGA和FPAA可重构特点，使得电路可以在不改变已有的硬件电路的基础上对电路进行升级。这在研发实验调试及高校实验系统方面有着广泛的市场前景
4、本发明紧紧跟随电子发展趋势。电子发展向着FPMA方向发展，，同时国内对FPAA技术的研究比较少，此平台对FPAA技术在国内的推广有着极其重要的意义。
图1为本发明基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统的整体结构框图2为电源模块原理图3为FPGA单元原理图4为FPAA滤波单元原理图5为本发明基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统的整体流程图。图中1、FPGA单元；2、FPAA滤波单元。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步详细描述。本发明中FPGA模块可以设计常用的FIR、IIR、脉冲成形滤波器等数字滤波器；同时FPAA模块可以设计低通、高通、带通、带阻四类巴斯沃什、切比雪夫I类、切比雪夫II类、贝塞尔以及客户自己设计的各种滤波器滤波功能，可精确设置截止频率和放大增益，适用于幅值5v以下的信号的滤波系统。滤波器的设置参数主要依照设计者的需求进行相应的设置即可实现。本发明的技术方案是如图1所示，本系统主要有两部分组成，FPGA单元和FPAA滤波单元。其中FPGA单元包括下载电路、存储电路、键盘输入电路、IXD显示电路，本单元主要通过控制器IP核的设计实现整个电路控制，同时设计分频模块给FPAA模块各种时钟频率以完成不同种类滤波器；FPAA滤波单元，主要是由FPAA最小系统构成，它主要实现不同性能模拟滤波器的设计，同时此模块也可以实现其他常用模拟电路功能实现对带处理的信号进行滤波，同时它也可以实现其他的调理功能，图4为FPAA滤波单元原理图。图3中FPGA模块载入存储模块EPSCl内已经设置好的控制器IP核及分频滤波等相关初始化程序，并且LCD液晶显示欢迎界面，然后液晶提示相应的设置方式，用户根据提示进行相应操作。通过按键进入数字滤波器、模拟滤波器或者混合滤波器参数设置界面，混合滤波器中两种滤波器的设计思路一下，下面对两类滤波器进行详细说明。图3中，引脚9、25、38、49、50、54、55、65、73、78、85、93、100、111、124、140、153、154、156、158、159、167、174、177、184、186、104 接地；引脚 51、53、66、79、155、157、178、190 接1. 2V ;引脚 7、29、42、62、71、83、91、98、109、122、136、148、166、172、183、194、202 接 3. 3V。数字滤波器设置过程数字滤波器主要是将常用的滤波器模块化，留有滤波器常用参数接口，如阶数、种类、类型等，用户根据自己的需求对各个参数进行选择，然后依据用户选得参数调用已经设计好的程序模块以实现，用户滤波要求。
模拟滤波器设置过程根据液晶提示按键进入分频设置，此设置包括FPGA应用的有源晶振的频率值及分频数值，当设计好后控制器IP核内部程序自动调用分频计算函数实时的计算出FPGA分频后供给FPAA模块的频率值并显示在LCD上。下一界面是对模拟滤波器的各种参数的设置，设计完成后确认后进入下一界面提示前面设置的参数，再次确定下用户所需要的各项滤波器的参数。确定键按后，系统就通过控制器IP核依据设置的参数对FPAA模块的进行配置。这样整个硬件模拟滤波器电路配置完成。 FPGA模块和FPAA模块中预留了许多接口，用户可以根据自己的需要，对芯片内部的电路进行升级进而实现其他不同功能。下面以FPGA以EP2C5Q208、FPAA以AN221E04为例进行说明，芯片的选择依据需求
进行相应的修改。任何系统工作都离不开电源，图2给出了本系统所需的各种电压电路，本系统主要应用至IJ1. 2V、3. 3V和5V三种电压，FPGA采用1. 2V供电的EP2C5Q208、FPGA存储芯片采用3. 3V供电EPCSl、FPAA芯片选择Anadigm公司的5V供电芯片AN221E04为例进行详尽的说明。图3中FPGA模块载入存储模块EPSCl内已经设置好的控制器IP核、分频器、IXD显示等相关初始化程序，并且LCD液晶显示欢迎界面，然后液晶提示相应的设置方式，用户根据提示进行相应操作。通过按键进入数字滤波器、模拟滤波器或者混合滤波器参数设置界面，滤波器的整体设置流程图如图5所示，下面对两类滤波器进行详细说明。进入数字滤波器设置过程后，根据按键提示进入第二个界面是对数字滤波器的类别进行设置，主要有FIR、IIR、脉冲成形三大类，同时对滤波器的种类和阶数等参数的设置。确认后进入数字滤波器具体参数设计界面。根据第二界面选择的滤波器参数，对滤波器的通带宽度、截止频率、通带衰减度、阻带衰减度等参数的设置，此部分数值的输入是通过4*4键盘完成。第四界面是对上面设置进行汇总，显示进一步确认所设计滤波器的各项参数，确认后调用内部算法配置相应电路，完成数字滤波器的设计。进入模拟滤波器设置过程后，根据液晶提示按键进入第二个界面对频率进行分频设置，此设置包括FPGA应用的有源晶振的频率值及分频数值，当设计好后控制器IP核内部程序自动调用分频计算函数实时的计算出FPGA分频后供给FPAA模块的频率值并显示在IXD上上以供用户参考。FPAA频率设置好后，接下来对FPAA电路进行设置。IXD第三个界面是对滤波器各个参数的设置，这个界面包括滤波器的种类、滤波器的类型、滤波器阶数、信号的增益值、输入信号的数量、输入时钟的二次分频值、滤波器Fe值的设置。根据提示确认后进入设置参数提示界。第四个界面主要显示前面设置的参数，再次确认下用户所需要的各项滤波器的参数。确定键按后，单片机根据选择滤波器的阶数以及其他功能用到的CAB块个数对电路的基础块进行配置，然后根据不同的参数对选择的CAB块的各个电容值进行配置。这个配置都可以在不断电的前提下实现对电路的设计，使得用户可以在快捷的设计和验证自己的滤波电路。
权利要求
1.一种基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统，包括FPGA单元(I)和FPAA滤波单元(2)，其特征在于所述FPGA单元(I)包括FPGA模块、下载模块、存储模块、输入设备和输出设备，用于通过控制器IP核控制整个电路，并提供分频给FPAA模块各种时钟频率以完成不同种类滤波器；所述FPAA滤波单元(2)包括FPAA滤波器模块、信号预处理模块和信号后处理模块，用于实现模拟滤波器的不同性能，并实现其他常用模拟电路功能。
2.根据权利要求1所述的基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统，其特征在于所述FPGA单元(I)利用其在数字信号处理的可编程特性实现各种数字电路，包括分频器、控制器IP、数字滤波器算法。
3.根据权利要求1所述的基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统，其特征在于所述FPAA滤波单元(2)在不改变外围硬件电路的条件下，实现不同类型、不同种类的滤波电路。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统，其特征在于所述综合滤波系统将数字集成电路和模拟集成电路相互结合。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统，其特征在于所述FPGA单元(I)和FPAA滤波单元(2)中预留若干接口，用于用户对芯片内部的电路进行升级。
全文摘要
本发明公开了一种基于FPAA和FPGA技术的综合滤波系统，由FPGA模块和FPAA滤波模块组成。FPGA模块主要完成数字滤波器设计和FPAA模块所需的各种频率；FPAA滤波器主要用来完成信号调理电路。本发明通过设计不同控制器IP核在FPGA内部实现数字滤波功能，通过对FPAA不同滤波CAB块的组合实现各种类型和不同阶数的模拟滤波，对数字滤波和模拟滤波效果进行实时对比，实现模拟滤波和数字滤波的双重滤波功能。本发明充分利用FPGA技术在数字信号处理的优势和FPAA技术在模拟信号处理的优势，实现数字滤波和模拟滤波处理效果研究。本发明具有升级快捷方便、滤波器设计种类丰富等特点。
文档编号H03H17/00GK103001604SQ20121050937
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者朱正伟, 孙广辉 申请人:常州大学