CIC滤波器设计.docx

课程设计（论文）说明书题目:CIC滤波器设计院（系）：信息与通信学院专业：学生姓名：学号：年月摘^要在数字下变频（DDC）中,CIC （级联积分梳状）滤波器起着重要的作用它主要用于 采样速率的抽取，同时具有低通滤波的作用CIC滤波器的主要特点是，仅利用加法器、 减法器和寄存器（ 无需乘法器） , 因此占用资源少、实现简单且速度高关键词: 数字下变频; CIC 抽取滤波器AbstactThe filter of cascaded integr at or comb is becoming more important in the application of digital down converter （DDC） . Firstly , it is used to decimate the sample frequency.Secondly, it can be used as a low pass filter. The CIC filter is a flexible, multiplier-free filter which includes adders,subtracters and registers , so it uses less resorces and can play well in higher frequency . Based on the theory of CIC filter, Key words: DDC; the decim at ion filt er of CIC前言在软件无线电中 , 数字下变频器接收经过高速采样的中频数字信号 , 将所需的频 带下变到基带。

它一般位于信号处理链的前端，靠近A/D它主要由数字振荡器、数字 乘法器、数字滤波器三部分组成DDC中数字滤波器的主要作用是抽取、低通滤波，一般由FIR滤波器实现但FIR 滤波器需要大量的乘法器, 且一般 DDC 中的采样速率很高, 因此 FIR 滤波器需要工作 在很高的频率, 使用资源多、功耗大鉴于此, 当前的专用 DDC 芯片中, 都采用了一种 高效的滤波器——CIC滤波器（CIC滤波器是由Hogenauer E . B.于1981年提出的， 因此又被称为 Hogenauer 滤波器） 作为第一级滤波器， 实现抽取、低通滤波; 第二级则 采用一般的 FIR 或者 FIR 实现的特殊滤波器（ 如半带滤波器） ，此时它们工作在较低 的频率下， 且滤波器的参数得到了优化 ， 因此更容易以较低的阶数实现 ， 节省资源， 降低功耗本文在研究 CIC 滤波器基本原理的基础上， 对其进行了 simulink 仿真1 设计要求设计一个 CIC 滤波器2 CIC 滤波器设计2.1 CIC 滤波器的基本原理N 级 CIC 抽取滤波器的基本框图如图 1 所示从图中可知 ,CIC 抽取滤波器主要由 N 级积分器 (Integrator) 、抽取器 (Decimation) 和 N 级梳状滤波器 (Comb Filter) 三 部分组成。

其中, N 级积分器工作在高采样频率 fs 下每级积分器都是一个反馈系数 为1的单极点IIR滤波器，其传递函数为：hi(z)= 丄，单级积分器基本实现框图如1 -丄z图 2-1 所示图 2-2 单级积分器的基本实现框图CIC抽取滤波器的梳状部分工作在较低的频率f s/R(R是整数倍的频率变换因子) 梳状部分由N级梳状滤波器组成，以fs/R为参照，每级微分延迟M个样本M影响滤波 器频率响应，工程实现中一般取值为1或2以fs为参照，单级梳状滤波器的传递函数为: Hc( z) = 1-z- RM，当M二1,以fs/ R为参照时，传递函数为Hc(z) = 1-Z - 1单级梳状滤 波器基本实现框图如图 2-3 所示图 2-3 单级梳状滤波器的基本实现框图在积分器和梳状滤波器之间是一个速率转换器(抽取器)，转换器将最后一级积分器 的输出数据速率从fs降到fs/R(将多余的样本丢弃)以fs为参照，可以推出整个CIC 滤波器的传递函数为(1 - z - RM)NH (z) = H ,(z)He(z)= (1- z- 1)N可以看出，H ( z)有RMN个零点和N个极点RM个零点是由(1 - z- rm)产生的, 处于2P/ (RM)(或f s/ RM频率)弧度处，圆心起始于z =1。

每个不同的零点都重复 N次°H(z)的N个极点位于z = 1处，可以看出这些极点已经被CIC滤波器的N个 零点抵消掉了其最大动态范围增长出现在 DC 频率( 也就是 z = 1) 最大动态范围 增长是：Bgrow = (RM) n或 bgrow = log Bgrow = Nlog RM22通过观察梳状滤波器和积分器的结构，可以发现：无须乘法运算事实上， 在积分器 的反馈回路中有一个乘 1 操作， 在梳状滤波器的前馈回路中也有一个乘- 1 的操作，但 这可以通过简单的取反实现由于无乘法器 ，使得电路复杂性大大降低，从而与一般的 FIR和IIR相比节省很多资源,这也是CIC滤波器受到广泛应用的原因之一3 Simulink 仿真3.1 CIC 滤波器仿真使用Simulink仿真设计的2阶CIC滤波器，器原理框图为：图3-1 2阶CIC滤波器原理框图系统参数设置为：输入信号幅度 5 个单位，频率为 1，相位为 0，采样率为 1/1000 的正弦波，如图 3-2所示：图 3-2 输入信号积分器采样频率为 1/1000，如图 3-3 所示图 3-3 积分器采样频率 下抽样器设置下抽样系数为 100，如图 4-4所示图 3-4 下抽样器梳状滤波器的采样率为 100/1000，即 1/10。

如图3-5 所示图 3-5 梳妆滤波器 输入波形如图 3-6所示图 3-6 输入波形 输出波形如图 3-7所示：图 3-7 输出波形4 总结通过这次设计，我基本知道什么是CIC滤波器，并通过Simulink仿真加深了对CIC 滤波器的理解我还基本了解到由Simulink仿真设计后如何结合FPGA做出工程上真正 可以用的CIC滤波器。