基于FPGA的离子迁移谱仪数字滤波器设计

摘要

随着科技的发展，采用FPGA设计电子电路由于其开发时间短，资金投入少越来越成为设计的趋势。
　　 本文着重研究了一种应用在离子迁移谱仪中基于FPGA的数字滤波器的实现方法。离子迁移谱仪是利用在均匀电场下不同离子到达收集板的时间不同来分辨待测物质成分的一种检测仪器。由于杂质粒子和一些技术环节的影响使得输出信号存在较大干扰，影响待测物质成分的检测。
　　 本文通过对离子迁移信号的频谱分析，发现噪声信号的频率成分较高，可以使用数字低通滤波器进行滤波减小噪声。通过对数字滤波器的深入研究，选择了具有严格线性相位的FIR数字低通滤波器。使用MATLAB对信号进行频谱分析，确定了截止频率。在MATLAB环境下分别使用窗函数法、等波纹法设计了滤波器并对其进行了仿真。通过对滤波器频谱的分析和对滤波效果的比较，确定了凯瑟窗设计的32阶FIR低通滤波器的方案。
　　 运用VHDL对滤波器进行设计，并在quartusⅡ中进行综合和时序仿真。在算法上采用了分布式算法，并利用对称性简化设计，用16阶的设计完成了32阶的滤波器。最后将综合后的文件下载到FPGA上，并通过对嵌入式逻辑分析仪对滤波效果的分析，表明滤波器起到了减小干扰，提高迁移时间和迁移率的准确性的作用。