0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

基于verilog CIC滤波器的四倍插值的FPGA实现方案

454398 来源: FPGA开源工作室 作者:OpenSLee 2020-11-20 09:55 次阅读

作者:OpenSLee

在《基于FPGA的多级CIC滤波器实现四倍抽取一》和《基于FPGA的多级CIC滤波器实现四倍抽取二》中我们先来了解滑动平均滤波器、微分器、积分器以及梳状滤波器原理以及它们的幅频响应。此篇我们将用verilog实现基于FPGA的多级CIC滤波器实现四倍插值。

1 CIC滤波器的基本概述

CIC(积分梳状)滤波器是无线通信中的常用模块,一般用于数字下变频(DDC)和数字上变频(DUC)系统。CIC滤波器结构简单,只有加法器、积分器和寄存器,适合于工作在搞采样率条件下,而且CIC滤波器是一种基于零点相消的FIR滤波器,已经被证明是在高速抽取或插值系统中非常有效的单元。

整数倍内插是先在已知抽样序列的相邻两个抽样点之间等间隔地插入(I-1)个零值点,然后进行低通滤波器,即可求得I倍内插的结果。

此篇我们采用多级CIC滤波器实现整数倍内插提升采样率。

2 matlab实现CIC滤波器的四倍插值

设计目标:将载波频率44.1khz的1khz sine升采样率到176.4khz。

close all
clear all
clc

%set system parameter
fs = 1000;    %The frequency of the local oscillator signal
Fs = 44100;   %sampling frequency
Fs1 = 176400;
N =  24;         %Quantitative bits
L = 81920;

%Generating an input signal
t =0:1/Fs:(1/Fs)*(L-1);          %Generating the time series of sampling frequencies
sc =sin(2*pi*fs*t);        %a sinusoidal input signal that produces a random starting phase

b =[1,-1];%comb
a =[1,-1];%integerator

%comb
c1=filter(b,1,sc);
c2=filter(b,1,c1);
c3=filter(b,1,c2);

y = upsample(c3,4);

%integerater
i1 =filter(1,a,y);
i2 =filter(1,a,i1);
i3 =filter(1,a,i2);
sf = i3./16;

f_osc =fft(sc,L);
f_osc=20*log(abs(f_osc))/log(10);        %换算成dBW单位
ft1=[0:(Fs/L):Fs/2];              %转换横坐标以Hz为单位
f_osc=f_osc(1:length(ft1));

f_o =fft(sf,L);
f_o=20*log(abs(f_o))/log(10);        %换算成dBW单位
ft2=[0:(Fs1/L):Fs1/8];              %转换横坐标以Hz为单位
f_o=f_o(1:length(ft2));

figure(1),
subplot(211),stem(t(1:32),sc(1:32));
xlabel('时间(t)','fontsize',8);
ylabel('幅度(dB)','fontsize',8);
title('sc','fontsize',8);
subplot(212),stem(t(1:128),sf(1:128));
xlabel('时间(t)','fontsize',8);
ylabel('幅度(dB)','fontsize',8);
title('sf','fontsize',8);

figure(2),
subplot(211),plot(ft1,f_osc);
xlabel('频率(Hz)','fontsize',8); ylabel('功率(dBW)','fontsize',8);
title('原始信号信号频谱图','fontsize',8);legend('sc');
subplot(212),plot(ft2,f_o);
xlabel('频率(Hz)','fontsize',8); ylabel('功率(dBW)','fontsize',8);
title('滤波后信号频谱图','fontsize',8);legend('sf');



3 FPGA实现CIC滤波器的四倍插值

FPGA设计:FPGA由i2s输入44.1khz的1khz sine(当然也可以是歌曲44.1khz采样率),经过i2s串转并后经过mult_cic模块进行采样率提升处理(变成176.4khz 1khz sine或者歌曲),再通过i2s_tx_master并转串送到DAC


多级CIC滤波器的结构主要由梳状滤波器+插值+积分器构成。


FPGA代码:

`timescale 1ps/1ps
 
module mult_cic#(parameter DW = 38)(
       input mclk,//45.1584MHZ
   input reset_n,
   input signed[31:0] pcm_in,//44.1khz
   output signed[31:0] pcm_out //176.4khz
   );
 
wire signed [DW-1:0]       temp;
wire signed [DW-1:0]integrator_temp;
wire signed [DW-1:0]    interpolation_temp;
wire signed [DW-1:0]    comb_temp;  
 
assign temp = {{(DW-32){pcm_in[31]}},pcm_in};
 
comb#(.DW(DW))
      U_comb(
     .mclk(mclk),
 .reset_n(reset_n),
 .din(temp),
 .dout(comb_temp)
 );   
interpolation#(.DW(DW))
        U_interpolation(
       .mclk(mclk),
   .reset_n(reset_n),
   .din(comb_temp),
   .dout(interpolation_temp)
   );
   
 
integrator#(.DW(DW))
        U_integrator(
           .mclk(mclk),
       .reset_n(reset_n),
       .din(interpolation_temp),
       .dout(integrator_temp)
   );
   
 
//divide
assign pcm_out = integrator_temp[35:4];   
endmodule
module integrator#(parameter DW = 38)(
       input                mclk,
   input                reset_n,
   input  signed [DW-1:0] din,
   output signed [DW-1:0] dout
   );
 
localparam LAST_CYCLE = 256;
reg [7:0] i;
 
reg signed [DW-1:0] temp_xin1,temp_xin2,temp_xin3;
wire signed [DW-1:0] i1_temp,i2_temp,i3_temp;
 
always @(posedge mclk or negedge reset_n) begin
  if(reset_n == 1'b0)
    i <= 0;
  else
    i < = i+1;
end
 
always @(posedge mclk or negedge reset_n) begin //The first level integrator
  if(reset_n == 1'b0)
    temp_xin1 <= 0;
  else if(i == (LAST_CYCLE-1))
    temp_xin1 <= i1_temp;
end
 
assign i1_temp = (reset_n == 1'b0)?38'b0:( din + temp_xin1);
 
always @(posedge mclk or negedge reset_n) begin //The second level integrator
  if(reset_n == 1'b0)
    temp_xin2 <= 0;
  else if(i == (LAST_CYCLE-1))
    temp_xin2 <= i2_temp;
end
 
assign i2_temp = (reset_n == 1'b0)?38'b0:( i1_temp + temp_xin2);
 
always @(posedge mclk or negedge reset_n) begin //The third level integrator
  if(reset_n == 1'b0)
    temp_xin3 <= 0;
  else if(i == (LAST_CYCLE-1))
    temp_xin3 <= i3_temp;
end
 
assign i3_temp = (reset_n == 1'b0)?38'b0:( i2_temp + temp_xin3);
 
assign dout = i3_temp;   
 
endmodule
module interpolation#(parameter DW = 38)(
       input                mclk,
   input                reset_n,
   input  signed [DW-1:0] din,
   output signed [DW-1:0] dout
   );
   
localparam LAST_CYCLE = 256;
reg [9:0] i;
 
reg signed [DW-1:0] dout_pcm;
 
assign dout = dout_pcm;
 
always @(posedge mclk or negedge reset_n) begin
  if(reset_n == 1'b0) begin
    i <= 0;
dout_pcm<=0;
  end
  else begin
    i <= i+1;
if(i == (LAST_CYCLE-1)) dout_pcm<=din;      //upsample(x,n)--n--4
if(i == (LAST_CYCLE*2-1)) dout_pcm<=32'b0;      //upsample(x,n)--n--4
if(i == (LAST_CYCLE*3-1)) dout_pcm<=32'b0;      //upsample(x,n)--n--4
if(i == (LAST_CYCLE*4-1)) dout_pcm<=32'b0;      //upsample(x,n)--n--4
  end
end
 
endmodule
module comb#(parameter DW = 38)(
       input                mclk,
   input                reset_n,
   input  signed [DW-1:0] din,
   output signed [DW-1:0] dout
   );
   
localparam LAST_CYCLE = 1024;
reg [9:0] i;//88.2
 
reg signed [DW-1:0] d1,d2,d3,d4;
wire signed [DW-1:0] c1,c2;
 
always @(posedge mclk or negedge reset_n) begin
  if(reset_n == 1'b0) begin
    i <= 0;
d1 <=0;
d2 <=0;
d3 <=0;
d4 <=0;
  end
  else begin
    i <= i+1;
if(i == (LAST_CYCLE-1)) begin
      d1<=din;
  d2<=d1;
  d3<=c1;
  d4<=c2;
end
  end
end
 
assign c1 = (reset_n ==1'b0)?38'b0:(d1-d2);//comb1
assign c2 = (reset_n ==1'b0)?38'b0:(c1-d3);//comb2
assign dout =(reset_n ==1'b0)?38'b0:(c2-d4);//comb3
 
endmodule

FPGA仿真

仿真输入1khz sine输出依然为1khz sine,设计成功。



至此我们可以去完成3倍抽取5倍插值等采样率转化算法

编辑:hfy


声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • matlab
    +关注

    关注

    185

    文章

    2976

    浏览量

    230468
  • CIC滤波器
    +关注

    关注

    0

    文章

    15

    浏览量

    10540
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    基于FPGA的多级CIC滤波器原理

    实现多级CIC滤波器前我们先来了解滑动平均滤波器、微分、积分以及梳状
    的头像 发表于 12-03 11:55 5840次阅读
    基于<b class='flag-5'>FPGA</b>的多级<b class='flag-5'>CIC</b><b class='flag-5'>滤波器</b>原理

    谁有cic滤波器的代码,能分享下吗?

    谁有cic滤波器的代码,能分享下吗,实在不会
    发表于 04-18 20:01

    分享:刚完成的FPGA滤波器设计

    例是FPGA内部产生正弦信号,这个正弦信号一路输出给DA通道A,另一路经过滤波器后,输出给DA通道B。正弦信号产生电路产生频率为62.5KHz的正弦信号,该正弦信号由8个点组成。
    发表于 11-15 00:27

    基于DSP Builder的CIC梳状滤波器该怎么设计?

    成长,CIC低通滤波器得到了广泛的应用。长期以来,CIC梳状滤波器一般是在通用DSP处理实现
    发表于 09-23 07:22

    单级CIC滤波器Verilog设计

    倍数都为5:完整的内插过程为:每两个数据之间插入4个零(I-1个),完成5内插,之后使用CIC做低通滤波,由于CIC
    发表于 09-28 09:36

    CIC抽取滤波器MATLAB仿真和FPGA实现

    文章主要讲CIC理论基础,下个文章讲FPGA实现。级联积分梳状滤波器又称CIC。这是多速率信号处理中一种结构简单的
    发表于 08-17 08:27

    CIC滤波器的优化设计及FPGA实现

    CIC滤波器是一种结构简单、规整,占用存储量小的滤波器,不需要乘法器,非常适用于高速采样和比很大的场合。本文介绍了一般
    发表于 03-15 12:21 68次下载

    CIC抽取滤波器的改进及其FPGA实现

    为补偿传统CIC滤波器的通带衰减,提出一种改进型的CIC抽取滤波器,即在SCIC滤波器之后级联一个二阶多项式内插
    发表于 03-15 14:06 52次下载

    基于MATLAB和FPGACIC滤波器的设计

    基于多速率信号处理原理,设计了用于下变频的CIC抽取滤波器,由于CIC滤波器结构只用到加法器和延迟,没有乘法器,很适合用
    发表于 08-26 15:12 161次下载
    基于MATLAB和<b class='flag-5'>FPGA</b>的<b class='flag-5'>CIC</b><b class='flag-5'>滤波器</b>的设计

    基于FPGA的DDC中CIC滤波器的设计

    文中基于多速率数字信号处理原理,设计了用于数字下变频威廉希尔官方网站 的CIC抽取滤波器。通过分析CIC滤波器的原理及性能参数,利用MATLAB设计了符合系统要求的
    发表于 04-15 19:29 71次下载

    matlab与24CIC滤波器设计

    matlab与24CIC滤波器设计,有兴趣的同学可以下载学习
    发表于 04-27 15:51 56次下载

    4阶24抽取CIC滤波器设计

    4阶24抽取CIC滤波器设计,有兴趣的同学可以下载学习
    发表于 04-27 15:51 27次下载

    采用FPGA实现多级CIC滤波器四倍抽取一

    实现多级CIC滤波器前我们先来了解滑动平均滤波器、微分、积分以及梳状
    发表于 06-22 10:35 2994次阅读
    采用<b class='flag-5'>FPGA</b><b class='flag-5'>实现</b>多级<b class='flag-5'>CIC</b><b class='flag-5'>滤波器</b>的<b class='flag-5'>四倍</b>抽取一

    Verilog CIC滤波器设计

    积分梳状滤波器CIC,Cascaded Integrator Comb),一般用于数字下变频(DDC)和数字上变频(DUC)系统。CIC 滤波器结构简单,没有乘法器,只有加法器、积分
    的头像 发表于 03-27 11:40 1433次阅读
    <b class='flag-5'>Verilog</b> <b class='flag-5'>CIC</b><b class='flag-5'>滤波器</b>设计

    CIC滤波器与直接频率合成器DDS的FPGA实现

    加法器、积分和寄存,适合于工作在高采样率条件下,而且CIC滤波器是一种基于零点相消的FIR滤波器,已经被证明是在高速抽取或
    的头像 发表于 04-12 10:26 1546次阅读