基于DSP Builder的插值滤波器设计和FPGA实现,是利用Altera公司提供的DSP Builder设计工具,结合MATLAB/Simulink环境来进行的。DSP Builder能够帮助设计者在MATLAB/Simulink中搭建数字信号处理算法的模型,并进行仿真测试。在此基础上,通过引入硬件在回路仿真(HIL)模块,可以将FPGA硬件平台接入由Simulink构建的仿真测试回路中,实现软硬件的协同仿真。最终,可以直接生成用于FPGA下载的文件,这样的方法简化了设计流程,降低了开发成本和周期,具有广阔的应用前景。
插值滤波器是一种结构相对简单、规整,且对存储空间占用小的数字滤波器。在高速信号处理领域,如数字示波器、数字通信和数字收发机中,插值滤波器被广泛应用。插值滤波器由于不需要使用乘法器,因此硬件资源占用较少,实现相对简单,且速度较高,是实现高分解速率滤波器的有效结构。在高速抽取或插值系统中,插值滤波器是非常有效的单元。
在插值滤波器的具体实现中,传统上多使用数字信号处理器(DSP)来完成,但由于DSP的串行指令执行特点,在处理高速信号时可能无法满足设计需求。而随着高性能大规模可编程逻辑器件(如FPGA)的出现,人们可以在FPGA内部用软件来实现插值滤波器。FPGA内部资源丰富,具有极高的并行处理速度和极大的灵活性,使得它成为设计的最佳选择。
Ahera公司的DSP Builder软件作为系统级设计工具,建立了数字信号处理的抽象算法模型,并可将此模型转换为可靠的硬件实现。DSP Builder提供了一个直接从MATLAB/Simulink到FPGA硬件实现的设计接口,成为数字信号处理高层系统设计与FPGA之间的桥梁。它大大简化了硬件实现流程,并提供了系统仿真测试功能,使得利用FPGA设计并实现数字信号处理系统变得更加灵活、容易开发。此外,它还可以将设计模型直接编译成在FPGA器件中布局布线的网表文件,有效地解决了算法研究人员和硬件实现工程师之间的协作问题,使得用户能够以最快的速度将算法硬件化实现。
插值滤波器的原理是通过级联多个Comb模块和Integrator模块来实现插值。Comb模块负责采样频率的抽取,而Integrator模块则负责提高采样频率,两者的组合可以实现不同比率的插值。插值比率通常为1:1、1:2、1:5、1:10、1:20、1:50等,而插值滤波器一般由插零模块和滤波器模块组成。当插值比率为1:N时,插零模块会在原有数据之间插入N-1个零值,以提高采样频率。紧接着,滤波器模块将对包含零值的数据进行滤波处理,以消除插零造成的频谱混叠,最终获得平滑的插值输出信号。
通过上述流程,可以高效地在FPGA平台上实现插值滤波器的设计与部署。这项技术不但推动了数字信号处理系统的发展,也为工程师在设计和测试环节提供了更大的灵活性和效率。