1 xilinx fir ip 簡(jiǎn)介

1）符合 AXI4-Stream 的接口

2）高性能有限脈沖響應(yīng)（FIR），多相抽取器，多相內(nèi)插器，半帶，半帶抽取器和半帶內(nèi)插器，希爾伯特變換和內(nèi)插濾波器實(shí)現(xiàn)

3）最多支持 256 組系數(shù)，處理一組以上時(shí)，每組 2 至 2048 個(gè)系數(shù)。

4）輸入數(shù)據(jù)高達(dá) 49 位精度

5）濾波器系數(shù)高達(dá) 49 位精度

6）支持多達(dá) 1024 個(gè)交錯(cuò)數(shù)據(jù)通道

7）支持高級(jí)交錯(cuò)數(shù)據(jù)通道序列

8）通過共享控制邏輯支持多個(gè)并行數(shù)據(jù)通道

9）插值和抽取因子通常最多為 64，單通道濾波器的最大為 1024

10）支持大于時(shí)鐘頻率的采樣頻率

11）在線系數(shù)重裝能力

12）用戶可選的輸出舍入

13）高效的多列結(jié)構(gòu)，適用于所有過濾器的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化

Fir 公式

常規(guī)抽頭延遲線 FIR 濾波器表示

2 設(shè)計(jì)驗(yàn)證思路

如上圖所示，混頻模塊內(nèi)部包含兩個(gè) dds 模塊，一個(gè)產(chǎn)生 2khz sine 波，一個(gè)產(chǎn)生 3khz sine 波，然后相乘得到 1khz+6khz 的混頻，然后使用 xilinx FIR IP 設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器濾掉 6khz，最后只剩 1khz。

3 matlab fdatool 設(shè)計(jì)低通濾波器

1）打開 fdatool

2）低通濾波器設(shè)計(jì)

Fs=44100;

Fpass =3000;

Fstop =5000;

Apass = 1;

Astop =120;

幅頻響應(yīng)如下圖所示。

3 系數(shù)量化

4）matlab 導(dǎo)出 .coe

4 xilinx FIR IP的設(shè)置與仿真

如上圖所示，左側(cè)包含 IP Symbol、Freq.Response、Implementation Details 和 CoefficientReload。右側(cè)包括 Filter Options、Channel Specification、Implementation、Detailed Implementation、Interface 和 Summary.

1） Filter Options

（1）系數(shù)源（Coefficient Source）：直接在 GUI 中使用系數(shù)矢量參數(shù)或使用由 CoefficientFile 參數(shù)指定的 .coe 文件，指定要使用的系數(shù)輸入。

（2）系數(shù)向量（Coefficient Vector ）：用于直接在 GUI 中指定濾波器系數(shù)。過濾器系數(shù)使用逗號(hào)分隔列表以十進(jìn)制形式指定，與過濾器系數(shù)數(shù)據(jù)文件中的 coefdata 字段相同。與 .coe 文件一樣，可以使用 FIR 編譯器根據(jù)您的要求適當(dāng)量化的非整數(shù)實(shí)數(shù)來指定濾波器系數(shù)。

（3）濾波器類型（Filter Typ ）：支持五種濾波器類型：?jiǎn)嗡俾?FIR，插值 FIR，抽取 FIR，希爾伯特變換和插值 FIR。

2） Channel Specification

（1）選擇格式（Select format ）：選擇用于指定硬件過采樣率，內(nèi)核可用于處理輸入采樣并生成輸出的時(shí)鐘周期數(shù)的格式。該值直接影響核心實(shí)現(xiàn)和所使用資源的并行度。選擇“頻率規(guī)格”后，可以指定“輸入采樣頻率”和“時(shí)鐘頻率”。這些值之間的比率以及其他核心參數(shù)決定了硬件過采樣率。

選擇“輸入采樣周期”時(shí)，可以指定輸入采樣之間的時(shí)鐘周期數(shù)。同樣，選 擇“輸出采樣周期”時(shí)，可以指定輸出采樣之間的時(shí)鐘周期數(shù)。

（2）采樣周期（Sample Period ）：輸入或輸出采樣之間的時(shí)鐘周期數(shù)。當(dāng)指定了多個(gè)通道時(shí)，該值應(yīng)該是時(shí)分多路復(fù)用輸入樣本數(shù)據(jù)流之間時(shí)鐘周期的整數(shù)。可以使用分?jǐn)?shù)采樣周期來指定大于時(shí)鐘頻率的采樣頻率 。

（3）輸入采樣頻率（Input Sampling Frequency ）：該字段可以是整數(shù)或?qū)崝?shù)值；它指定一個(gè)通道的采樣頻率。根據(jù)時(shí)鐘頻率和濾波器參數(shù)（例如插值率和通道數(shù)）設(shè)置上限。

（4）時(shí)鐘頻率（Clock Frequency ）：此字段可以是整數(shù)或?qū)崝?shù)值。限制是根據(jù)采樣頻率，內(nèi)插率和通道數(shù)設(shè)置的。該領(lǐng)域僅影響體系結(jié)構(gòu)選擇。最終的實(shí)現(xiàn)可能無法達(dá)到指定的時(shí)鐘速率。

3） Implementation

（1）系數(shù)類型（Coefficient Type ）：系數(shù)數(shù)據(jù)可以指定為有符號(hào)或無符號(hào)。

（2）輸入數(shù)據(jù)小數(shù)位（Input Data Fractional Bits ）：用于表示過濾器輸入數(shù)據(jù)樣本的小數(shù)部分的輸入數(shù)據(jù)寬度位數(shù)。該字段僅供參考。它與系數(shù)小數(shù)位一起使用，以計(jì)算濾波器的輸出小數(shù)位值。此參數(shù)在 IP 集成器中自動(dòng)設(shè)置，但也可以被覆蓋。

（3）輸出舍入模式（Output Rounding Mode ）：指定要應(yīng)用于過濾器輸出的舍入類型。

（4）輸出小數(shù)位（Output Fractional Bits ）：此字段報(bào)告用于表示濾波器輸出樣本小數(shù)部分的輸出寬度位數(shù)

4） Interface

5） Freq.Response

將混頻信號(hào)和經(jīng)過 xilinx FIR IP 濾波后信號(hào)寫出 matlab 觀察時(shí)域和頻域 。

1 混頻信號(hào)

濾波前的 1khz+6khz 的混頻信號(hào)。

2 濾波后

如上所示，經(jīng)過濾波后 6khz 完全被濾除，只剩下 1khz 信號(hào)。仿真驗(yàn)證成功。
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