高Q值数字滤波器

1 引言 实现数字化是控制系统的重要发展方向，而数字信号处理已在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天等领域广泛应用。数字信号处理方法通常涉及变换、滤波、频谱分析、编码解码等处理。数字滤波是重要环节，它能满足滤波器对幅度和相位特性的严格要求，克服模拟滤波器所无法解决的电压和温度漂移以及噪声等问题。而有限冲激响应FIR滤波器在设计任意幅频特性的同时能够保证严格的线性相位特性。利用FPGA可以重复配置高精度的FIR滤波器，使用VHDL硬件描述语言改变滤波器的系数和阶数，并能实现大量的卷积运算算法。结合MATLAB工具软件的辅助设计，使得FIR滤波器具有快速、灵活、适用性强，硬件资源耗费少等特点。 2 基本原理

通带可变的数字滤波器

滤波器从定义上来说是输出增益和相位随输入信号频率变化而变化的电路或器件。这种频率灵敏度使其适合消除不想要的信号成分，或补偿信号内部部分频率相关失真。 力科数字滤波器软件包(DFP2)适用于力科WaveRunner系列以上的所有示波器，提供了多种可供选择的滤波器类型(无限脉冲响应或有限脉冲响应)或用户自定义设置数字滤波器参数，可以用来分析和测量波形，如下面的实例所述。 我们要介绍的第一种应用是消除信号中不想要的频谱成分。图1包含一个波形实例，其中由2 MHz方波及不想要的5 MHz正弦曲线成分组成。C2是这个信号的时域波形，F2是这个信号的频谱。通过应用带限为2.5MHz和5.5 MHz的带阻滤波器，不想要的5 MHz成分会衰减，

引言 粒子探测系统是用于获取基本粒子的能量或时间等信息的信号采集、处理系统，广泛应用于高能物理、核物理、深空探测等辐射检测中，是粒子物理等基础学科研究的主要实验装置，同时普遍存在于核医学、交通安保等应用核技术的生产生活领域。粒子探测器读出电路是核电子学中很重要的一类电路系统，它读取来自核探测器的电荷信号，通过处理得到入射粒子的能量、时间和位置信息 。 由于数字电路的发展，在上世纪九十年代，人们基于数字信号处理技术提出了新的脉冲能谱分析技术和系统，基于数字信号处理的读出电路最大的好处在于其能更灵活地综合成各种最佳滤波器，从而达到最高的信躁比，得到更好的能量分辨率 ，而这些滤波器有些是很难或者是不可能通过模拟电路实现的。 梯形滤波成形

当前，无论在军事还是民用方面，对于数字信号处理的实时性、快速性的要求越来越高。可编程逻辑器件（PLD）由于在速度和集成度的飞速提高，越来越多的电子系统采用可编程逻辑器件来实现数字滤波。 Altera公司的FLEX10K是工业界第一个嵌入式的PLD，具有高密度、低成本、低功率等优点。器件的主要结构特点是除主要的逻辑阵列块（LAB）之外，首次采用了嵌入阵列块（EAB）。每个阵列块包含8个逻辑单元（LE）和一个局部互连。一个LE又由四输入查找表（LUT）、一个可编程寄存器和专用的载运和级联功能的信号通道所组成。 在FLEX10K器件中，把每一组逻辑单元（8个LE）组成一个逻辑阵列块（LAB），所有的逻辑阵列块（LA

PSPICE是由SPICE(Simulation Program with Intergrated Circuit Emphasis)发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序。利用FORTRAN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。 设计人员使用Pspice时主要是仿真模拟电路。用它也可以仿真数字滤波器。一个数字滤波器中的主要部件是延时元件、加法器和乘法器。加法器和乘法器可以用运算放大器来实现，延时元件可以用一根传输线来仿真。PSpice中的传输线是一种已被遗忘很久的元件，它可以实现数秒的延迟。 例如，图1给出了一个二阶的回归数字滤波器。该滤波器的传递函数是：

引言 数字滤波器是语音与图像处理、模式识别、雷达信号处理、频谱分析等应用中的一种基本的处理部件，它能满足波器对幅度和相位特性的严格要求，避免模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题。 有限冲激响应(FIR)滤波器能在设计任意幅频特性的同时保证严格的线性相位特性。 　　一、FIR数字滤波器 　　FIR滤波器用当前和过去输入样值的加权和来形成它的输出，如下所示的前馈差分方程所描述的。 FIR滤波器又称为移动均值滤波器，因为任何时间点的输出均依赖于包含有最新的M个输入样值的一个窗。由于它的响应只依赖于有限个输入，FIR滤波器对一个离散事件冲激有一个有限长非零响应，即一个M阶

在数字信号处理中，滤波占有极其重要的作用，数字滤波器是谱分析、雷达信号处理、通信信号处理应用中的基本处理算法。目前常用的滤波器设计方法普遍采用Matlab仿真，DSP实现。但这一传统设计方法需要的开发周期较长，且设计过程反复进行，非常不便。 　　针对这一问题，出现了系统级设计方法的构想将Matlab算法仿真和DSP的实现融合在一起。文中应用Matlab Link For CCS Development Tools进行系统级设计，来完成FIR滤波器的设计。 　　 1 FIR数字滤波器设计的基本步骤 　　数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为2种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FI