3856

101

Рис. 2.20. Параллельная реализация КИХ-фильтра на четыре отвода с использованием четырех умножителей в САПР ПЛИС Quartus II (мегафункция ALTMEMMULT, линия задержки построена на четырех регистрах, коэффициенты фильтра загружаются из внешнего порта)

101

103

Рис. 2.22. Параллельная реализация КИХ-фильтра на четыре отвода с использованием четырех перемножителей в САПР ПЛИС Quartus II (мегафункция ALTMEMMULT, линия задержки построена на четырех регистрах, коэффициенты фильтра загружаются из блочной памяти)

103

2.3.Проектирование КИХ-фильтра

сиспользованием умножителя на методе правого сдвига

исложения

Рассмотрим уравнение КИХ-фильтра (нерекурсивного цифрового фильтра с конечно-импульсной характеристикой), которое представляется как арифметическая сумма произведений

сk весовой коэффициент k й входной переменной, который является постоянным для всех n; K - число отводов фильтра.

На рис. 2.24 показана тестовая схема КИХ-фильтра на четыре отвода y C0x0 С1x1 С2x2 C3x3 в САПР ПЛИС Quartus II для реализации в базисе ПЛИС серии Cyclone II, состоящая из линии задержки, четырех умножителей и дерева многоразрядных сумматоров. Предположим, что коэффициенты фильтра целочисленные со знаком, известны и равны С0 2, С1 1, С2 7 и С3 6.

Числа (входные отсчеты) поступают с выходов линии задержки на регистрах reg_tap на входы data_in[3..0] мегафункции ALTMEMMULT. Константы С0,C1,C2 и C4 в

которых хранятся значения коэффициентов в дополнительном коде (14D, 15D, 7D и 6D), подключены к входам coeff_in[3..0].

В каждой из четырех мегафункций ALTMEMMULT в блочной памяти ПЛИС типа M9K хранятся нулевые коэффициенты (могут быть и ненулевыми). Режим загрузки с внешнего порта или из блочной памяти определяется опцией create ports to allow loading coefficients. Латентность мегафункции - 2 такта синхроcигнала. Смоделируем прохождение дельта-функции по структуре фильтра. Для этого на вход линии задержки фильтра X0[3..0] в дополнительном коде подадим единичный импульс

107

лог.1. На выходе фильтра Mem_mult[7..0] видим коэффициенты фильтра (импульсную характеристику) (рис. 2.25).

Подадим на вход КИХ-фильтра входные отсчеты -5, 3, 1 и 0 (рис. 2.26). Правильные значения на выходе фильтра: 10, -1, -40, -10, 25, 6 и т.д., т.е. согласно формуле (2.1).

Рассмотрим КИХ-фильтр на 4 отвода на умножителях (MAC-блоках) с использованием метода правого сдвига и сложения. Дополнительную информацию о применяемом MAC-блоке можно получить в главе 1, разделы 1.4 и 1.5.

На рис. 2.27 показана линия задержки на двухтактных триггерах с использованием мегафункции LPM_FF. На рис. 2.28 показаны умножители (mac_scal_acc) с константами и дерево сумматоров, а на рис. 2.29 доработанная схема умножителя с учетом работы в составе КИХ-фильтра. Модификация MAC-блока выделена овалом. На рис. 2.30 показаны временные диаграммы работы КИХ-фильтра. Требуемые значения на выходе фильтра 10, -1, -40, -10, 25, 6 выделены.

В табл. 2.3 приведены технические характеристики КИХ-фильтров на четыре отвода реализованных в базисе ПЛИС EP2C5F256C6 (4608 логических элементов, 119808 бит встроенной памяти, 26 аппаратных умножителей 9x9) с использованием разработанного MAC-блока и программных умножителей на мегафункции ALTMEMMULT. Смена данных на выходе КИХ-фильтра в случае использования MAC-блока в качестве умножителя и умножителя на мегафункции ALTMEMMULT в случае загрузки коэффициентов из внешнего порта приблизительно одинаковая (22 MAC и 21 ALTMEMMULT такта синхроимпульса). Мегафункция ALTMULT_ADD так же позволяет построить параллельный КИХ-фильтр на четыре отвода за счет использования четырех встроенных аппаратных перемножителей размерностью операндов 18х18. Рабочая частота в наихудшем случае для ПЛИС серии Stratix III составила 400 МГц.

108

109

Рис. 2.24. КИХ-фильтр на четыре отвода с использованием мегафункции ALTMEMMULT

109