基于梳状滤波器的FIR数字滤波器设计

根据子滤波器抽头级联法,采用梳状滤波器作为子滤波器,设计了一种新型FIR数字滤波器。通过C语言编程的方法来选择子滤波器阶数,使原型滤波器的过渡带宽度最宽。采用经过变换的通带和阻带边界频率来进行原型滤波器的设计,使得原型滤波器的阶数比传统实现方法低很多。采用该方法实现的FIR滤波器乘法器个数比传统方法少很多,硬件实现更为简单,大幅减小了硬件开销。该方法已成功用于回声消除和噪声抑制芯片,FIR滤波器的面积约为传统方法的50%,用180nm3.3V/1.8V6层金属混合信号CMOS工艺流片,结果表明,对于过渡带较窄的滤波器,该方法非常有效。

用于三轴MEMS加速度计的集成数字调理电路

基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种用于三轴微电子机械系统(MEMS)加速度计的集成数字调理电路,实现了三轴加速度信号的数字后处理。该数字调理电路采用级联积分梳状(CIC)与有限冲击响应(FIR)相结合的滤波器形式,有效滤除了带外的量化噪声,提高了输出信号的信噪比;零位采用四阶多项式拟合温补算法,标度因数采用二阶多项式拟合温补算法,有效降低了加速度输出随温度的漂移,提升了加速度计的测量精度。此外,FIR滤波器采用时分复用的实现形式,温补模块采用串行实现形式,有效减小了芯片面积,最终芯片面积为1.5 mm^(2)。测试结果表明,滤波器符合设计值,三轴MEMS加速度计的零偏不稳定性为15μg,速率随机游走为0.035 m/s/√h,温补后零偏全温区变化量为3.55mg,提升了5.4倍;温补后标度因数全温区变化量为0.0026,提升了4.1倍,电路性能良好。

窄带信号数字滤波器的设计

介绍一种特殊的CIC级联数字滤波器,它能对窄带信号进行滤波。通过抽点的方法能够有效地降低采样频率,而不影响有用信号。同时介绍了运用SPTool图形化数字滤波器设计工具箱来设计凯泽窗FIR低通数字滤波器。

双特征提取的信号波形自动识别算法

为了提高心电信号预处理和波形自动识别系统的准确性和实用性,本文针对心电信号波形识别的特点,提出了一种基于双特征提取的信号波形自动识别算法。首先采用FIR梳状滤波器来滤除心电信号的工频干扰,然后采用J+X方法对S-T段电平进行特征提取和测量,接着以每个心拍的R波位置为基准,取R波前100 ms和R波后150 ms的心电数据组成原始时域数据集,利用db4小波进行4尺度的小波分解。通过仿真实验表明,本文提出的改进算法在信号去噪后能够保留心电信号的大部分信息,提取的特征参数可以有效地对心电信号的节拍进行分类。

数字下变频中抽取滤波器的设计

数字下变频是软件无线电的关键技术之一,数字下变频的实现关键在于抽取滤波器的设计与实现。针对输入到数字下变频系统中的信号采样率很高的问题,选用积分梳状(CIC)滤波器与半带(HB)滤波器这两种比较特殊的滤波器来完成下变频采样速率的抽取以及信号滤波。通过比较分析影响CIC滤波器的特性参数,选取了优化CIC滤波器性能的一组参数,对其进行设计。为了减小了滤波器的采样点数,降低滤波器的成本,避免出现频率特性中的突跳,选用最优等波纹法设计HB滤波器。基于Systemgenerator的设计仿真与基于FPGA芯片的硬件设计,均可以有效地验证算法,但前者降低了实验成本,缩短了实验周期,而且设计更加实用。

面向CMOS温度传感器的低功耗数字滤波器设计

CMOS温度传感器广泛应用于物联网传感节点,功耗属性是其重要指标.数字滤波器功耗是温度传感器功耗的主要来源之一,限制数字滤波器功耗成为实现温度传感器低功耗的重要方法.基于此,开展了面向CMOS温度传感器的低功耗数字滤波器设计,提出了一种精度自适应的数字滤波器,该滤波器由递归型CIC滤波器和基于移位加法器的FIR滤波器级联而成,可根据实测温度与用户设定阈值温度区间差值自行调节CIC滤波器级数和FIR滤波器阶数.当实测温度在阈值温度区间内时,滤波器中的所有运算单元均参与运算,滤波器处于最高精度;当实测温度在阈值温度区间外时,有选择性的关断滤波器中的运算单元,使滤波器功耗下降.对于不需要重点监测的温度区间,测温精度要求通常并不高,若依旧进行高精度温度监测,将产生许多不必要功耗开销,采用精度自适应的数字滤波器可以有效解决该问题.为了进一步降低温度传感器功耗,根据温度信号变化缓慢的特点,采用单次温度转换结合闲时关断的工作模式,并对该种工作模式下单次温度转换运算进行优化,使FIR滤波器功耗降低5.5%.温度传感器采用180 nm CMOS工艺实现,测试结果表明,当实测温度处于阈值温度区间内时,传感器在-55~115℃温度范围内可以具有0.47℃的精度,在1.8 V供电电压下,传感器数字部分功耗为20.15μW.当实测温度在阈值温度区间外时,相比于实测温度处于阈值温度区间内,传感器数字部分功耗最大可降低11.3%.

基带信号插值滤波器的设计及其FPGA实现

本文主要介绍了由内插滤波器特性较好的级联积分梳状滤波器CIC和补偿滤波器FIR级联的插值滤波器的结构。直接在FPGA中调用滤波器的IP核，采用多级级联的方式，这种结构的插值滤波器能有效地实现该设计提高基带信号采样率的要求。通过XILINX时序仿真验证了该结构的高效性和正确性，在实际矢量信号发生器研制中可推广应用。