电子发烧友网 > 可编程逻辑 > 正文

基于FPGA器件FLEX10k30A实现成形滤波器的设计

2020年09月24日 19:57 次阅读

根据Nyquist第一准则,基带信号成形能够消除码间串扰的影响。随着超高速数字集成电路的发展,成形滤波器已经由过去的基带频域模拟成形滤波器变成现在的基带时域数字成形滤波器。与基带模拟成形滤波器相比,基带数字成形滤波器具有高精度、高可靠性和高灵活性等优点;同时还具有便于大规模集成、易于实现线性相位等特点。实现基带数字成形的方法很多,与传统算法相比,分布式算法可以极大地减少硬件电路的规模,提高电路的执行速度。本文采用基于分布式算法思想的时域成形方法来实现基带信号成形。

1 分布式算法的基本原理

一个线性时不变网络的输出可以用下式表示:

其中,y(n)为第n时刻网络的输出;xk(n)为第n时刻的第k个输入变量;Ak为第k个输入变量的权值。在线性时不变系统中,对于所有n时刻,Ak都是常量。如果该网络表现为滤波器,常量Ak即为滤波器抽头系数,变量xk为单一数据源的抽样数据。仔细观察(1)式可以看出,输出单个y(n)需要将k个乘积累加,这种累加可以通过查找表来实现,大大提高了运算的效率。为了使乘法之后的数据宽度不至于展宽,先把数据源数据格式规定为浮点数2的补码形式。需要注意的是,常量Ak不一定要进行格式转换来匹配输入数据的格式,它可以根据所要求的精度进行定义。变量xk可用下式表示:

式中,xkb为二进制数,即取值为0或1;xk0为符号位,“1”表示数据为负,“0”表示数据为正。式中,时间参数“n”已经被省略掉,因为在以下的推导中与时间参数无关。将(2)式代入(1)式中,得:

从(4)式可以看出,每个方括号中进行的是输入变量的某一个数据位和所有常量A1~Ak的每一位进行位相“与”然后求和,而指数部分则说明了求和结果的位加权,这种加权可以通过移位来实现。而方括号中的计算可以通过建立查找表来实现,具体的操作可通过所有输入变量的同一位进行寻址来完成。通过(4)式,(1)式就可以用加法、减法和二进制除法来计算了,这样就避免了频繁地使用乘法器,从而节约了系统的资源,并且大大缩短了运算的时间[1]。

2 时域成形的原理

(4)式中的查找表方法可以缩短运算的时间,但是二进制除法还是会消耗掉大量的系统时钟。因为要设计的是基带信号成形滤波器,所以可以通过直接在时域上成形的方法来完成。

如果输入为二进制双极性数据,采用升余弦滚降滤波器进行脉冲成形,其系统函数为:

若取截短长度为输入信号码元宽度的4倍,则当输入信号为“1111”时,系统的输出波形如图1所示。

基于FPGA器件FLEX10k30A实现成形滤波器的设计

图中,h′(t)为h(t)的截短。由图1可知,只需要求出Δ时间段的波形叠加值,依次输出,就可以得到输入信号的成形波形。若在段内抽样8点,则每个样点有24个可能值,共有24×8=128个数据。将这128个数据存入查找表中,用连续四个输入信号进行寻址,就可以不必计算二进制除法,从而提高系统的运算速度。其硬件原理图如图2所示。

图中,SSR是一个四位移位寄存器,数据串行输入,并行输出,初始状态预置为“0000”,每一时钟信号读入一位数据,同时串行移位;计数器为8位,每次时钟从000计数至111;ROM的宽度为7位,存储27个数据,对应各个样点的数值,每次时钟到来时,输出8个10比特宽的数据[2]。

3 用FPGA实现

由图2可知,系统主要由移位寄存器、计数器和查找表组成,其中查找表(ROM)对系统运算速度的影响最大。如果直接用宽度为7的查找表进行寻址的话,最长的寻址路径需要27个系统时钟,这样损失太大。所以考虑用寻址宽度小的查找表。假定系统输入数据的码速率为4.352Mbps,滤波器的滚降系数α=0.35,则用FPGA可实现成形滤波器。

3.1 输入单元

输入单元由移位寄存器和选择网络组成。移位寄存器是由四个带异步复位端的D触发器级连而成,数据串行输入,并行输出,共用同一个时钟和异步复位信号,其作用是将输入数据读入查找表中。选择网络是为了减小查找表的寻址宽度,根据前三个输入数据的值来选择对应的查找表。选择网络的电路图如图3所示。

图中的“F_SWITCH”模块是一个开关电路,当使能端为高电平时,将输入端的数据输出,否则输出端为高阻态。根据图3的原理,当前三个输入信号为100时,选中第5个开关。这样,只要将第5个开关选通的查找表中数据依次输出,就可以得到成形信号。这时查找表的寻址宽度为3位,大大节约了寻址时间。查找表寻址方式的电路图如图4所示。

在图4中,计数器的作用是在第四位数据到来时,激励查找表将其存储的8个数据依次输出。L_ROM是寻址宽度为3位的查找表。

3.2 查找表

在图1中的Δ段内抽样8点,且滤波器为升余弦滚降滤波器,则有下式成立:

对(7)式进行计算,列出所有可能的样点值,如表1所示。

将表1中每一行的值转化为二进制补码形式,写入寻址宽度为3位的16个查找表中。此查找表带有使能端,当使能端为高电平时,输出端选中数据,否则输出端为高阻态。这种查找表对于时钟上升沿的延时最大为14.5ns,而输入信号的码元周期为230ns,所以能够很好地满足系统的要求。

4 设计结果

用FLEX10k30A器件实现成形滤波器,将得到的输出数据转化为十进制数,并画出相应的波形。当输入信号为“1010001”时,成形信号的时域波形如图5所示。

由图5可以看出,在各个取样点码之间串扰很小,达到了基带信号成形的目的。

本设计基于分布式算法思想,在时域上对基带信号直接成形。利用FPGA丰富的查找表资源,提出了一种高效的成形算法。通过FPGA验证,证明工作正常,性能良好。

责任编辑:gt

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

写好状态机--从2019年全国FPGA竞赛谈Verilog编码技巧

理解Verilog编码技巧掌握FPGA中状态机的写法掌握非重叠序列检测代器Verilog代码编写
发烧友学院发表于 2020-04-21 00:00 22758次阅读
写好状态机--从2019年全国FPGA竞赛谈Verilog编码技巧

基于System Generator for D...

近年来,在数字通信、网络、视频和图像处理领域,FPGA已经成为高性能数字信号处理系统的关键元件.FP....
发表于 2020-09-24 20:11 0次阅读
基于System Generator for D...

FPGA实现HDMI编解码的设计方案和主要思路

HDMI,高清晰度多媒体接口(英文:High Definition Multimedia Inter....
发表于 2020-09-24 17:46 36次阅读
FPGA实现HDMI编解码的设计方案和主要思路

5G背景下对FPGA和ASIC市场有什么影响?

另外,华为海思也在自研5G基站芯片,特别是华为天罡芯片,可为AAU性能带来极大的提升,可实现基站部署....
发表于 2020-09-24 17:22 111次阅读
5G背景下对FPGA和ASIC市场有什么影响?

Qorvo推出BAW滤波器QPQ1298,用于支...

2020年9月24日——移动应用、基础设施与航空航天、国防应用中RF解决方案的领先供应商Qorvo®....
发表于 2020-09-24 16:17 82次阅读
Qorvo推出BAW滤波器QPQ1298,用于支...

KLA推出下一代的COST3/T7系列封装集成电...

由于各种最终用户垂直行业的需求增加,全球包括组装和测试在内的半导体封装市场到2025年预计将达到85....
发表于 2020-09-24 15:26 105次阅读
KLA推出下一代的COST3/T7系列封装集成电...

芯华章:为中国芯片产业链补齐EDA短板

当前中国在EDA领域面临严峻的国际形势,虽然模拟芯片工具上取得了进展,但在数字仿真、验证等多个环节存....
发表于 2020-09-24 15:25 57次阅读
芯华章:为中国芯片产业链补齐EDA短板

新能源汽车模拟芯片半导体用量增加?

一般来讲,模拟芯片以成熟制程为主,可控制造、工艺改进加速模拟芯片差异化。模拟芯片不像数字芯片追求先进....
发表于 2020-09-24 14:41 95次阅读
新能源汽车模拟芯片半导体用量增加?

PUF技术可以克服传统密钥存储的局限性?

Maxim的一位发言人说,“MAX32520可以用于任何应用——尽管我们在embedded worl....
发表于 2020-09-24 14:18 93次阅读
PUF技术可以克服传统密钥存储的局限性?

贸泽电子与iWave Systems签订分销协议...

 iWave的Xilinx ZU19/17/11 Zynq UltraScale+ MPSoC So....
发表于 2020-09-24 14:12 104次阅读
贸泽电子与iWave Systems签订分销协议...

Qorvo®推出高性能BAW滤波器,支持Band...

Qorvo QPQ1298滤波器可为农村、城郊及人口稠密的城市地区提供5G高数据容量所需的更高频率和....
发表于 2020-09-24 13:56 23次阅读
Qorvo®推出高性能BAW滤波器,支持Band...

pdf文档用FPGA实现高速大图像采集系统和安全通信系统的FPGA实现

发表于 2020-09-24 13:48 0次阅读
pdf文档用FPGA实现高速大图像采集系统和安全通信系统的FPGA实现

pdf文档 FPGA 的数字视频转换接口的设计与实现

发表于 2020-09-24 13:43 0次阅读
pdf文档 FPGA 的数字视频转换接口的设计与实现

FPGA之PS2鼠标VGA画笔

发表于 2020-09-24 13:40 0次阅读
FPGA之PS2鼠标VGA画笔

FPGA_SOPC_starter入门文章

发表于 2020-09-24 13:38 0次阅读
FPGA_SOPC_starter入门文章

关于线路板常用术语的十七个常用语 你都知道吗

横料与直料: 多层板开料时将Panel长方向与大料长方向一致的称为直料;将Panel长方向与大料短方....
发表于 2020-09-24 11:42 102次阅读
关于线路板常用术语的十七个常用语 你都知道吗

电路中怎么加电感滤波器

 在大电流的情况下,因为负载电阻RL很小。若选用电容滤波电路,则电容容量必定很大,并且整流二极管的冲....
发表于 2020-09-24 11:11 35次阅读
电路中怎么加电感滤波器

基于FPGA的多时钟域和异步信号处理解决方案

有一个有趣的现象,众多数字设计特别是与FPGA设计相关的教科书都特别强调整个设计最好采用唯一的时钟域....
发表于 2020-09-24 10:20 50次阅读
基于FPGA的多时钟域和异步信号处理解决方案

NPN三极管驱动继电器电路图设计案例

继电器线圈需要流过较大的电流(约50mA)才能使继电器吸合,一般的集成电路不能提供这样大的电流,因此....
发表于 2020-09-24 10:13 266次阅读
NPN三极管驱动继电器电路图设计案例

美国微芯科技公司宣布推出名为Icicle 的开发...

免费和开源的 RISC-V 指令集架构(ISA)的应用日益普遍,推动了经济、标准化开发平台的需求,该....
发表于 2020-09-24 09:37 103次阅读
美国微芯科技公司宣布推出名为Icicle 的开发...

仿真秀提出打造CAX多边平台化云社区生态圈

8月4日,国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,从税收优惠、投融资支持....
发表于 2020-09-24 09:36 97次阅读
仿真秀提出打造CAX多边平台化云社区生态圈

夏末的一缕寒意:从估值风险看中国集成电路产业的发...

近年来,随着集成电路产业受到社会各界的高度重视,产业热情开始高歌猛涨——君不见,各地政府无论有无实力....
发表于 2020-09-23 17:45 678次阅读
夏末的一缕寒意:从估值风险看中国集成电路产业的发...

中国手机配件原材料市场刮起“热潮”, 集成电路产...

锂电池正极材料主要有五种比较成熟的技术路线:钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、....
发表于 2020-09-23 16:42 100次阅读
中国手机配件原材料市场刮起“热潮”, 集成电路产...

3D封装技术开始成为巨头角逐的重要战场

至此,全球主要的三家半导体芯片制造厂商均拥有3D或2.5D的封装技术。3D封装技术的提出,说明了这些....
发表于 2020-09-23 16:37 110次阅读
3D封装技术开始成为巨头角逐的重要战场

什么是EDA软件?为什么说EDA软件非常重要?

更进一步,在芯片制造过程中依然需要EDA软件的辅助,在芯片的良率分析、加工工艺仿真等环节,EDA软件....
发表于 2020-09-23 16:30 176次阅读
什么是EDA软件?为什么说EDA软件非常重要?

基于Xilinx Artix-7系列FPGA的开发板处理器/NOR FLASH

前言TLA7-EVM开发板是一款由广州创龙基于Xilinx Artix-7系列FPGA自主研发的核心板+底板方式的开发板,可快...
发表于 2020-09-23 16:27 0次阅读
基于Xilinx Artix-7系列FPGA的开发板处理器/NOR FLASH

滤波器电性能技术指标

滤波器的这种众多分类方法所描述的滤波器不同的众多特征,集中体现出了实际工程应用中对滤波器的需求是需要....
发表于 2020-09-23 14:23 77次阅读
滤波器电性能技术指标

FPGA设计之共阳极的数码管的电路图

根据上面的总结,新建名为 seg 的工程,为了使我们的代码有一定的通用性,这里用到了参数声明。
发表于 2020-09-23 13:58 361次阅读
FPGA设计之共阳极的数码管的电路图

蔚思博检测总部落成启用 助力国家自制芯片质量验...

响应国家芯片自制率提升政策,蔚思博检测所具备之验证能量可望有效提供国家芯片自制的研发需求,活化IC之....
发表于 2020-09-23 11:50 114次阅读
蔚思博检测总部落成启用  助力国家自制芯片质量验...

集成电路的四种封装方法

在集成电路计划与制作进程中,封装是不可或缺的首要一环,也是半导体集成电路的终究期间。经过把器材的基地....
发表于 2020-09-23 11:49 210次阅读
集成电路的四种封装方法

2020中国集成电路制造年会在广州举行

集微网消息 自全球移动终端产业进入飞速发展阶段以来,制造工厂数量最密集的广东省成为许多人眼中的电子产....
发表于 2020-09-23 11:25 174次阅读
2020中国集成电路制造年会在广州举行

大基金退出中兴微电子股权!

公告显示,中兴微电子成立于2003年11月,中兴通讯为第一大股东,持股比例达68.4%,集成电路产业....
发表于 2020-09-23 11:15 197次阅读
大基金退出中兴微电子股权!

FPGA+DSP SRIO通信与DSP端参数设置

DSP端参数设置使用的官方例程路径: ti\pdk_C6678_1_1_2_5\packages\ti\transport\ipc\examples\srioIpcBe...
发表于 2020-09-23 11:08 0次阅读
FPGA+DSP SRIO通信与DSP端参数设置

郑力:集成电路封装测试的技术也已经到了一个新的高...

文|GY 集微网消息 9月17日,2020第23届中国集成电路制造年会暨广东集成电路产业发展论坛在广....
发表于 2020-09-23 11:08 130次阅读
郑力:集成电路封装测试的技术也已经到了一个新的高...

赵海军:集成电路产业的发展是需要全产业链的配合

集微网消息 9月17日,2020第23届中国集成电路制造年会暨广东集成电路产业发展论坛在广州召开。中....
发表于 2020-09-23 11:01 114次阅读
赵海军:集成电路产业的发展是需要全产业链的配合

文章+资料,FPGA开发板为什么要使用SDRAM

SDRAM有一个同步接口,在响应控制输入前会等待一个时钟信号,这样就能和计算机的系统总线 同步。时钟被用来驱动一...
发表于 2020-09-23 10:59 0次阅读
文章+资料,FPGA开发板为什么要使用SDRAM

我国在300mm硅片厂投资近7510亿元

集微网消息(文/Jimmy),9月17日,2020第23届中国集成电路制造年会暨广东集成电路产业发展....
发表于 2020-09-23 10:55 132次阅读
我国在300mm硅片厂投资近7510亿元

基于FPGA——高速PCI采集卡设计和3D头盔显示设备研究

发表于 2020-09-23 10:55 0次阅读
基于FPGA——高速PCI采集卡设计和3D头盔显示设备研究

尹志尧:集成电路和半导体是一对“孪生兄弟”

集微网消息,9月17日,2020第23届中国集成电路制造年会暨广东集成电路产业发展论坛在广州召开。中....
发表于 2020-09-23 10:51 233次阅读
尹志尧:集成电路和半导体是一对“孪生兄弟”

Cortex-A15 / Xilinx Artix-7 FPGA处理器设计的评估板

1评估板简介 创龙TL5728F-EVM是一款基于TI Sitara系列AM5728双核ARM Cortex-A15 +浮点双核DSP C...
发表于 2020-09-23 10:49 0次阅读
Cortex-A15 / Xilinx Artix-7 FPGA处理器设计的评估板

第四届全国大学生集成电路创新创业大赛总决赛颁奖仪...

江北新区党工委委员、管委会副主任林其坤在致辞中表示,江北新区作为国家级新区,拥有完整的集成电路产业链....
发表于 2020-09-23 10:31 125次阅读
第四届全国大学生集成电路创新创业大赛总决赛颁奖仪...

中瓷电子存货处于健康水位 盈利却低于同行

【编者按】近年来,中国集成电路产业一直处于风口之中。随着科创板的推出,越来越多的企业准备IPO以谋求....
发表于 2020-09-23 10:14 121次阅读
中瓷电子存货处于健康水位 盈利却低于同行

中国集成电路同比增长15.3%_累计进口1.5万...

9月10日,商务部新闻发言人高峰在例行新闻发布会上称,作为全球电子产品制造业大国,中国已成为半导体市....
发表于 2020-09-23 10:01 113次阅读
中国集成电路同比增长15.3%_累计进口1.5万...

8个FPGA的设计要点,你需要知道!

1.面积与速度的平衡与互换这里的面积指一个设计消耗 FPGA/CPLD 的逻辑资源的数量,对于 FPGA 可以用消耗...
发表于 2020-09-23 09:44 101次阅读
8个FPGA的设计要点,你需要知道!

如何快速选择合适的电流测量仪器-钳表

钳表作为电流测量的主要工具,是广大电气工程师手头使用率仅次于万用表的主要利器之一。但是对于琳琅满目的....
发表于 2020-09-23 09:06 47次阅读
如何快速选择合适的电流测量仪器-钳表

基于VHDL语言和可编程逻辑器件实现Petri网...

VHDL语言由于其其强大的行为描述能力及与硬件行为无关的特性,被广泛的用于数字系统设计,实现了硬件电....
发表于 2020-09-22 20:46 141次阅读
基于VHDL语言和可编程逻辑器件实现Petri网...

基于FPGA器件XCL5VLX50芯片实现激光脉...

FPGA的选型主要基于高速和RAM资源丰富考虑目。由于XCL5VLX50的内核可工作在550MHz时....
发表于 2020-09-22 20:46 122次阅读
基于FPGA器件XCL5VLX50芯片实现激光脉...

5G商用时代,中国手机配件原材料市场迎来新一轮热...

随着5G的商用实施,中国手机配件行业原材料市场迎来了新一轮的热潮。中国手机配件行业产业链上游是原材料....
发表于 2020-09-22 16:54 236次阅读
5G商用时代,中国手机配件原材料市场迎来新一轮热...

《我国集成电路运行质量不断提高,高端芯片占比不断...

于燮康分析,2019年,世界半导体产业销售收入为4121亿美元,中国集成电路产业销售收入为7562.....
发表于 2020-09-22 16:49 244次阅读
《我国集成电路运行质量不断提高,高端芯片占比不断...

MathWorks公司推出R2020b版MATL...

在数百个全新和升级功能中,MATLAB新增了气泡图和分簇散点图;提供了使用MATLAB比较工具对使用....
发表于 2020-09-22 16:08 139次阅读
MathWorks公司推出R2020b版MATL...

半导体制造之封装技术

芯片封装是利用(膜技术)及(微细加工技术),将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接,引出....
发表于 2020-09-22 15:40 265次阅读
半导体制造之封装技术

分析旁路电容器的三个主要应用领域

使用“旁路电容器”这个名称是因为它旁路了电源的高频分量。它也被称为去耦电容器,因为它可以将电路的一部....
发表于 2020-09-22 13:59 120次阅读
分析旁路电容器的三个主要应用领域

燧原科技宣布“云燧T10”落地商用

中国人工智能产业的发展,需要高性能和普惠的算力提供支撑。但在技术链最高端的云端训练领域一直处于高度垄....
发表于 2020-09-22 11:45 773次阅读
燧原科技宣布“云燧T10”落地商用

工信部对电子行业14项行业标准和26项国家标准进...

导 读 日前,工信部对电子行业14项行业标准和26项国家标准进行报批公示,具体内容如下。 根据标准制....
发表于 2020-09-22 09:42 199次阅读
工信部对电子行业14项行业标准和26项国家标准进...

百识电子总投资30亿元建立第三代半导体外延片+器...

据新华日报报道,在浦口开发区相关负责人看来,这个项目补上了南京集成电路产业链的重要一环,更将影响5G....
发表于 2020-09-21 18:15 449次阅读
百识电子总投资30亿元建立第三代半导体外延片+器...

成渝双城经济圈科创母基金在成都正式签约成立

据了解,成渝双城经济圈科创母基金是由重庆科技风险投资有限公司与成都创新风险投资有限公司共同发起设立。
发表于 2020-09-21 18:10 256次阅读
成渝双城经济圈科创母基金在成都正式签约成立