一种带宽、中心频点可调的数字滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于无线通信系统中的数字信号处理部分，根据通信系统的要求采用 VLSI (超大规模集成电路，Very Large Scale Integration)的设计方法，并提出一种应用 于无线宽带射频巧片的带宽、中屯、频点可调的数字滤波器化SI结构。
【背景技术】
[0002] 无线通信技术为人们的生活带来了巨大的便利，对社会的发展起到了促进作用。 随着无线通信的广泛应用，各类无线通信巧片同样得到了长足发展。同时，无线通信巧片的 竞争也日趋激烈，尤其是针对各个行业专网的巧片，由于其应用量大，且设及行业及国家的 信息安全，越来越受到国家重视。所W，行业专网用巧片的设计与生产成为国家高科技领域 内的重要研究课题W。
[0003] 在各种行业专网的无线接入系统中，射频前端巧片往往是各类通信设备中最重要 的巧片，其主要功能是对接收机天线端接收到的微小信号进行放大、变频、滤波、量化等。行 业专网所用频点和带宽种类越来越多，且各专网使用的频点、射频带宽和信号带宽不同，其 频点主要集中在lOOMHz?1. 2GHz范围内，信号带宽在5曲Z?2MHz范围内，标准不统一，导 致各行业专网设备所用的射频巧片不同，同时对射频前端巧片的需求难W形成规模效应， 且成本高、配套困难。因此，设计带宽、中屯、频点可调的无线宽带射频巧片，可W满足众多专 网的需求，形成规模效益。
[0004] 滤波器是带宽、中屯、频点可调无线宽带射频巧片中的重要模块，完成对输入信号 噪声的消除W及对目标通道信号的选取。滤波器的设计方法分为模拟滤波器和数字滤波器 两种，相对于模拟滤波器，数字滤波器从速度、电路规模、功耗、灵活性等方面均优于模拟滤 波器，更加适合现代数字通信系统，有利于提高巧片的集成度。由于滤波器是无线宽带射频 巧片中的重要模块，所W滤波器性能的好坏，直接决定了射频前端巧片的性能质量，所W对 滤波器设计的研究，对提高射频前端巧片质量，W及提升整个通信系统性能有重要的意义
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[0005] 目前，国内外对数字滤波器的研究主要集中在W下两个方面。一方面，针对不同的 应用背景，设计对应的数字滤波系统，例如应用于软件无线电的数字上下变频系统、应用于 图像处理的模糊或者锐化滤波器等等，对于ASIC(专用集成电路，Application Specific Integrated Circuits)实现或 FPGA(现场可编程口 阵列，Field Programm油le Gate Array)实验上均有所设及WM。另一方面则根据数字滤波器理论，对滤波器中关键部分进 行优化，例如针对乘法器或者加法器部分性能和面积的优化，或者使用最优化方法，调整使 用窗函数法等方法计算出来的滤波器系数W达到更高性能指标的滤波器。
[0006] FPGA实现数字滤波器与ASIC的设计方法相比的主要优势在于设计的灵活性 可配置性更高，缺点是不利于系统集成，而如今，通信系统W及集成电路制造业的不断 发展，对通信系统、通信巧片的集成度要求越来越高，通信巧片不断向SoC(片上系统， System-on-a-化ip)方向发展，该就要求数字滤波器更多的采用ASIC的方法来实现。因此， 针对国内外的研究现状w及无线通信系统中射频巧片的要求，设计实用新型了一种带宽、 中屯、频点可配置的数字带通滤波器的电路结构，对其中的模块进行了设计与仿真验证。 [0007] 参考文献：
[000引 [1]唐友喜，易新平，邵±海.新一代移动通信系统一一IMT-Advanced的特征
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[0011] [4]Wenjing H, Guoyun Z, Waiyun L. Self-Programmable Multipurpose Digital Filter Design Based on FPGA[C]//Internet Technology and Applications(iTAP), 201 linternational Conference on.IEEE, 2011:1-5。
[0012] [引叶亚东，菌智挺，范玉红；基于FPGA的FIR数字滤波器设计与仿真[J]，电子科 技，2014, 27(7) :67-70。 【实用新型内容】
[0013] 针对现有技术，本实用新型提供一种带宽、中屯、频点可调的数字滤波器及其设计 方法，包括CIC (级联积分梳状，Cascade Integrator Comb)滤波器及补偿滤波器组、带宽 中屯、频点可调FIR滤波器、有无符号数转换、带宽通道配置、分频模块等。可根据不同应用 要求，通过配置CIC滤波器的抽取因子，对输入20MHz信号实现不同倍率的降采样率，并通 过配置FIR(有限冲激响应，Finite Impulse Response)带通滤波器的系数，实现5曲Z、 50kHz、lOOkHz、200kHz、IMHz、2MHz，带宽、中屯、频点不同的带通滤波器W完成对不同通道信 号的选取。应用在无线宽带射频巧片中的数字滤波器系统与电路结构
[0014] 为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种带宽、中屯、频点可调的数字滤波器， 包括时钟分频模块，带宽通道配置模块、CIC滤波器组和FIR滤波器；所述CIC滤波器组的 输入端和所述FIR滤波器的输出端均分别连接有无符号数转化模块；所述CIC滤波器组由 几组CIC滤波器和相同数量的补偿滤波器W及增益校正模块组成，所述CIC滤波器用于降 低输入信号的采样率，并通过所述补偿滤波器和增益校正模块使CIC滤波器组通带内平坦 的同时实现输入输出位宽的匹配，然后将处理或的数据输入所述FIR滤波器；所述FIR滤波 器将接收到的数据运算处理后实现带宽中屯、频点可调，并通过有无符号数转化模块输出； 所述带宽通道配置模块与所述CIC滤波器组和FIR滤波器连接，所述带宽通道配置模块还 连接有SPI和EEPR0M ;所述带宽通道配置模块通过接收SPI中的选带信息，读取EEPR0M中 CIC滤波器组的抽取因子W及FIR滤波器的系数，完成对所述CIC滤波器组W及所述FIR滤 波器的调节；所述时钟分频模块与所述CIC滤波器组和FIR滤波器相连；所述时钟分频模 块产生带宽通道配置模块、CIC滤波器、补偿滤波器、增益校正模块和FIR滤波器需要的时 钟。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0016] 图5给出滤波器在抽取因子为4,通带为100-200曲Z时的仿真结果，输入信号是 100曲Z和400曲Z的等幅值正弦波叠加信号，由于400曲Z在滤波器的阻带内，衰减为60地， 在仿真的输出波形中已经看不到400曲z分量的波形，仅能观察到100曲z正弦波。
[0017] 将输入信号变成50曲Z到400曲Z，间隔25曲Z的等幅正弦波叠加信号，用Matl油 对输入输出信号进行频谱分析，得到的结果如图6。可见在通带（100-200kHz)内，信号几 无衰减，而对于在过渡带的50曲Z和250曲Z处，计算得到衰减约为-3地，对于阻带（大于 300曲Z)，信号已十分微弱。
[00化]同理，将通带分别为0-5曲Z (输入1曲Z，2曲Z''' 10曲Z等幅叠加正弦信号）， 0-50曲Z (输入10曲Z，20曲Z......100曲Z等幅叠加正弦信号），0-200曲Z (输入50曲Z， 100曲Z......500曲Z等幅正弦叠加信号），0-lMHz (输入100曲z，200曲Z......2MHz等幅叠加 正弦信号），0-2MHZ (输入200曲Z，400曲Z……4MHz等幅叠加正弦信号）的输入输出频谱对 比列在图7至图11。
【附图说明】
[0019] 图1是数字滤波器的系统结构图；
[0020] 图2是CIC滤波器电路原理图；
[0021] 图3是抽取因子为4的5级CIC滤波器及其补偿滤波器频率响应，其中（a)是CIC 滤波器频率响应，化）是补偿滤波器频率响应；
[0022] 图4是线性相位FIR滤波器结构图；
[002引 图5是抽取因子为4,通带为100-200曲Z时的仿真结果；
[0024] 图6是滤波器输入正弦叠加信号的频谱及输出频谱，其中（a)是输入正弦叠加信 号的频谱，化）是滤波器的输出频谱；
[0025] 图7是0-5曲Z滤波器输入输出频率响应，其中（a)是输入频谱，化）是输出频谱；
[0026] 图8是0-50曲Z滤波器输入输出频率响应，其中（a)是输入频谱，化）是输出频谱；
[0027] 图9是0-200曲Z滤波器输入输出频率响应，其中（a)是输入频谱，化）是输出频 谱；
[002引图10是0-lMHz滤波器输入输出频率响应，其中（a)是输入频谱，化）是输出频谱；
[0029] 图11是0-2MHZ滤波器输入输出频率响应，其中（a)是输入频谱，化）是输出频谱。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述。
[0031] 本实用新型一种带宽、中屯、频点可调的数字滤波器的核屯、模块是CIC滤波器和 FIR滤波器。数据输入FIR滤波器之前需要经过CIC滤波器组对输入信号降低采样率，并通 过补偿滤波器，W及增益校正模块保证其通带内平坦W及输入输出位宽的匹配。FIR滤波 器运算处理后的数据通过转换模块输出。带宽通道配置模块通过接收SPI (串行外设接口， Serial化ri地eral Inte计ace)中的选带信息，读取邸PROM(带电可擦写可编程只读存储 器，Electrically Rras油le Programm油le Read-Only Memoir)中 CIC 滤波器组抽取因子 W及FIR滤波器系数，完成对CIC滤波器组W及FIR滤波器的调节。时钟分频模块产生各 个模块需要的时钟。本实用新型的一种带宽、中屯、频点可调的数字滤波器具体结构如图1 所示。该数字滤波器包括时钟分频模块、带宽通道配置模块、CIC滤波器组和FIR滤波器。
[0032] 所述CIC滤波器组的输入端和所述FIR滤波器的输出端均分别连接有无符号数转 化模块；所述CIC滤波器组由几组CIC滤波器和相同数量的补偿滤波器W及增益校正模块 组成，所述CIC滤波器组用于降低输入信号的采样率，并通过所述补偿滤波器器和增益校 正模块使CIC滤波器组通带内平坦的同时实现输入输出位宽的匹配，然后将处理或的数据 输入所述FIR滤波器；所述FIR滤波器将接收到的数据运算处理后实现带宽中屯、频点可调， 并通过有无符号数转化模块输出；所述带宽通道配置模块与所述CIC滤波器组和FIR滤波 器连接，所述带宽通道配置模块还连接有SPI和EEPROM ;所述带宽通道配置模块通过接收 SPI中的选带信息，读取ffiPROM中CIC滤波器组的抽