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 日
桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第1 页 共7 页
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
Abstact
The 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
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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。
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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: H1(z)图2-1所示。
111z，单级积分器基本实现框图如
图2-1 N 级CIC 抽取滤波器基本框图
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 = 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
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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
H(z)H1(z)Hc(z)(1z RM 1)N(1z)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 = log2Bgrow = Nlog2RM
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：
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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
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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：
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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。
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