基于FPGA单级CIC滤波器实现8倍抽取
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基于FPGA单级CIC滤波器实现8倍抽取
1 概述
在数字信号处理中，CIC滤波器是FIR滤波器中最优的一种，其使用了积分，梳状滤波器级联的方式。
CIC滤波器由一对或多对积分-梳状滤波器组成，在抽取CIC中，输入信号依次经过积分，降采样，以及与积分环节数目相同的梳状滤波器。在内插CIC中，输入信号依次经过梳状滤波器，升采样，以及与梳状数目相同的积分环节。
CIC滤波器的发明者是 Eugene B. Hogenauer，这是一类使用在不同频率的数字信号处理中的滤波器，在内插和抽取中使用广泛。与大多数FIR滤波器不同的是，它有一个内插或者抽取的结构。
1，线性相位响应
2，仅需延迟，加减法便可实现，不需要乘法，在FPGA等平台上易于实现。
2 单级CIC滤波器
CIC滤波器的冲击响应为：
3 设计目标
利用单级CIC滤波器将采样率为352.8KHZ的1khz sin波向下降采样率到44.1khz的1khz sin波（8倍抽取）。
1，matlab设计验证
2，FPGA verilog设计验证。
4 matlab设计验证
%Single CIC
%352.8khz sample rate down to 44.1khz sample rate
close all
clc
clear all
%参数定义
FS =352800; %Sample rate Frequncy
fc = 1000; %1khz
N = 1024;
Q = 16;
M= 8;
D = 8;
t =0:2*pi/FS:2*pi*(N-1)/FS;%时间序列
%波形产生
sin_osc =sin(t*fc);
%滤波器系数
b=ones(1,M);
a = 1;
%8倍抽值处理
sf=filter(b,a,sin_osc);
sm =sf./M;
sd=sm(1:D:length(t));
%绘图
figure(1),
subplot(221),stem(sin_osc);
title('采样频率352.8khz 1khz sin','fontsize',8);
subplot(222),stem(si0);
title('采样频率44.1khz 1khz sin','fontsize',8);
subplot(223);plot(f,mag);
xlabel('频率(Hz)','fontsize',8);
ylabel('幅度(dB)','fontsize',8);
title('freqz()幅频响应','fontsize',8);
subplot(224);plot(f,ph);
xlabel('频率(Hz)','fontsize',8);
ylabel('相位(度)','fontsize',8);
图1 8倍抽取前后的1khz sin时域波形
图2 滤波器系数的幅频和相频响应
由图1和图2分析可知，单级CIC滤波器的降采样率设计成功。
5 FPGA设计验证
FPGA的单级cic滤波器的设计其实就是一个滑动平均滤波器，由一个累加器和一个移位操作完成。
`timescale 1ps/1ps module cic( input mclk,//45.1584MHZ input reset_n, input signed[31:0] pcm_in,//352.8khz output signed[31:0] pcm_out //44.1khz ); localparam LAST_CYCLE = 128; reg [9:0] i;//44.1 reg signed [35:0] temp_pcm; reg signed [35:0] dout_pcm; assign pcm_out = dout_pcm[35:4]; always @(posedge mclk or negedge reset_n) begin if(reset_n == 1'b0) begin i <= 0; temp_pcm<=0; dout_pcm<=0; end else begin i<= i+1; if(i == (LAST_CYCLE-1) || i == (LAST_CYCLE*2-1) ||i == (LAST_CYCLE*3-1) || i == (LAST_CYCLE*4-1) || i == (LAST_CYCLE*5-1)||i == (LAST_CYCLE*6-1) ||i == (LAST_CYCLE*7-1) ) temp_pcm <= temp_pcm + pcm_in; if(i == (LAST_CYCLE*8-1)) begin dout_pcm<= temp_pcm + pcm_in; temp_pcm<=0; end end end endmodule
图3 modelsim时域数据检测
图4 modelsim时域波形
图5 matlab还原数据的时域和频域
由图3，图4，和图5分析，1khz基本未发生改变，44.1khz相对于352.8khz采样率1khz点变得疏松。
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