低功耗FIR数字滤波器设计关键技术

摘要

有限脉冲响应（Finite Impulse Response, FIR）滤波器具有稳定性高、线性相位、灵活性好、便于大规模集成等特性，被广泛应用于电信设备和控制系统中。随着大规模集成电路的迅速发展，信号的频率变高，其中所含的数据量大幅增加，因此，对高性能 FIR滤波器的需求变得十分迫切。在滤波器设计中，如果关键模块的功耗低、消耗的资源少，滤波器的性能就更优。因此，对 FIR滤波器关键模块进行功耗、面积等性能的优化是目前信号处理领域的一个重要问题。
　　本文讨论了现有低功耗 FIR实现方法的优缺点，并指出在不同的场合应如何选择出最佳的实现架构。随着以查找表（Lookup Table, L U T）为基本单元的现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）的发展，基于存储器实现的FIR滤波器的架构得到了广泛的应用。纵观现有的研究，基于存储器实现的方法有两种：采用分布式（Distributed Algorithms, DA）算法和采用LUT乘法器实现。本文以这两种实现方法为基础，对高性能 FIR滤波器的设计原理与实现方法进行了研究。本文的主要工作包括：
　　（1）采用DA算法实现的FIR滤波器设计，主要包括参数的确定、系数的确定、模块的划分和仿真验证。在传统的DA算法实现架构的基础上，提出了采取去除冗余系数项的方法改进设计，并对每个模块进行具体的优化，采用Verilog进行寄存器传输级（Register Transfer Level, RTL）代码编写，通过电子电路设计自动化（Electronic Design Automation, EDA）工具仿真验证，实验结果表明 FIR滤波器消耗的功耗和面积得到了有效的降低。
　　（2）采用LUT乘法器实现的FIR滤波器设计，在传统的LUTAPC-（antisymmetric product coding，APC）方法实现乘法器基础上，提出了两种改进型 LUT架构d-LUT和b-LUT实现乘法器，省去了地址线的编码电路，且控制电路简单易行，使 FIR滤波器的功耗和面积等性能得到很大的提高。另外，在实现输入位宽较大的查表操作时，探讨了相应的LUT分解方法。

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引言

1绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究现状分析

1.3论文的主要内容和安排

2数字滤波器及设计基础

2.1数字滤波器基础

2.2低功耗设计技术

2.3 FIR滤波器设计

2.4本章小结

3分布式算法实现FIR滤波器

3.1分布式算法

3.2分布式算法的实现结构

3.3优化的LUT实现FIR滤波器

3.4 FIR滤波器综合优化与实验结果

3.5本章小结

4基于LUT乘法器实现FIR滤波器

4.1 LUT乘法器

4.2 LUT优化方法

4.3基于LUT乘法器实现的FIR滤波器

4.4本章小结

5总结

5.1主要工作总结

5.2研究展望

参考文献

附录A DA实现时DC综合报告

附录B DA实现的静态时序分析报告

附录C 等效性验证报告

附录D primepower功耗分析报告

附录E LUT乘法器实现时DC综合报告

附录F LUT乘法器实现时静态时序分析

在学研究成果

致谢