CIC Decimation HDL Optimized

Десятикратно уменьшите сигнал с помощью каскадного интегрально-гребенчатого фильтра, оптимизированного для генерации HDL-кода

расширьте все на странице

Библиотека:
Поддержка HDL DSP System Toolbox / фильтрация

Описание

Блок CIC Decimation HDL Optimized десятикратно уменьшает входной сигнал при помощи децимирующего фильтра каскадной расчески интегратора (CIC). Децимирующие фильтры CIC являются классом КИХ-фильтров линейной фазы, состоящих из части расчески и части интегратора. Структура децимирующего фильтра CIC состоит из разделов N каскадных интеграторов, фактора изменения уровня R и разделов N каскадных гребенчатых фильтров. Для получения дополнительной информации о децимирующих фильтрах CIC, см. Алгоритмы.

Блок поддерживает скалярные и векторные входные параметры. Для обоих типов входных параметров блок обеспечивает скалярный выход. Поддержки блока зафиксированная и переменная децимация для скалярных входных параметров и только зафиксированная децимация для векторных входных параметров.

Блок обеспечивает архитектуру, подходящую для аппаратного развертывания и генерации HDL-кода.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`data` — Входные данные
скаляр | вектор-столбец

Задайте входные данные как скаляр или вектор-столбец длины 1 - 64. Входные данные должны быть целым числом со знаком или подписанной фиксированной точкой с размером слова, меньше чем или равным 32. параметр Decimation factor (R) должен быть целочисленным кратным размер входного кадра.

Типы данных: int8 | int16 | int32 | fixed point
Поддержка комплексного числа: Да

`valid` — Индикация относительно допустимых входных данных
скаляр

Этот порт является управляющим сигналом, который указывает, допустимы ли входные данные. Когда этим значением является 1, блок получает значения от входного порта data. Когда этим значением является 0, блок игнорирует значения от входного порта data.

Типы данных: Boolean

`decimFactor` — Переменный уровень децимации
скаляр

Используйте этот порт, чтобы динамически задать переменный уровень децимации в течение времени выполнения.

Это значение должно иметь тип данных ufix12 и целое число в диапазоне от 2 до значения параметров Decimation factor (R).

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите параметр Variable decimation.

Типы данных: fixdt(0,12,0)

`reset` — Очистите внутренние состояния
скаляр

Когда этим значением является 1, блок останавливает текущее вычисление и очищает все внутренние состояния. Когда этим значением является 0 и портом входа valid является 1, блок запускает новую операцию фильтрации.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите параметр Enable reset input port.

Типы данных: Boolean

Вывод

развернуть все

`data` — CIC-подкошенные выходные данные
скаляр

Можно задать тип данных этого выхода путем установки параметра Output data type.

Типы данных: int8 | int16 | int32 | fixed point
Поддержка комплексного числа: Да

`valid` — Индикация относительно допустимых выходных данных
скаляр

Этот порт является управляющим сигналом, который указывает, допустимы ли данные из выходного порта data. Когда этим значением является 1, блок возвращает допустимые данные по выходному порту data. Когда этим значением является 0, значения на выходном порте data не допустимы.

Типы данных: Boolean

Параметры

развернуть все

`Variable decimation` — Переменный уровень децимации
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы управлять блоком с переменным уровнем децимации, заданным от входного порта decimFactor.
Очистите этот параметр, чтобы управлять блоком с фиксируемой ставкой децимации, заданной от параметра Decimation factor (R).

Примечание

Для векторных входных параметров блок не поддерживает переменную децимацию.

`Decimation factor (R)` — Фактор децимации
2 (значение по умолчанию) | целое число от 2 до 2 048

Задайте уровень фактора децимации, с которым вы хотите десятикратно уменьшить вход.

Когда вы выбираете параметр Variable decimation, наборы параметров Decimation factor (R) верхняя граница области значений допустимых значений для входного порта decimFactor.

`Differential delay (M)` — Дифференциальная задержка
1 (значение по умолчанию) | `2`

Задайте дифференциальную задержку части расчески блока.

`Number of sections (N)` — Количество интегратора и разделов расчески
2 (значение по умолчанию) | `1`| 3 | 4 | 5 | 6

Задайте количество разделов или в части расчески или в части интегратора блока.

`Output data type` — Тип данных выхода
`Full precision` (значение по умолчанию) | `Same word length as input` | `Minimum section word lengths`

Выберите тип данных для выходных данных.

Full precision — Тип выходных данных перебрасывается парой слов длина, равная входному размеру слова плюс биты усиления.
Same word length as input — Тип выходных данных перебрасывается парой слов длина, равная входному размеру слова.
Minimum section word lengths — Тип выходных данных использует размер слова, который вы задаете в параметре Output word length. Когда вы выбираете эту опцию, блок применяет алгоритм Сокращения. Для получения дополнительной информации об алгоритме Сокращения, см. [1]. Эта опция не поддерживается, когда вы выбираете параметр Variable decimation.

`Output word length` — Размер слова выхода
16 (значение по умолчанию) | целое число от 2 до 104

Задайте размер слова выхода.

Примечание

Когда этим значением является 2, 3, 4, 5, или 6, блок может переполнить выходных данных.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметр Output data type на Minimum section word lengths.

`Gain correction` — Выведите компенсацию усиления
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы компенсировать выходное усиление блока.

В зависимости от типа входа децимация вы задаете, и значение этого параметра, задержка изменений блока. Здесь, N означает количество разделов, и vecLen означает длину вектора.

Для скалярного входа с фиксированной децимацией (параметр Variable decimation очищен):

Когда вы очищаете этот параметр, задержка блока равняется 3 + такты N.
Когда вы выбираете этот параметр, задержка блока равняется 3 + N + 9 тактов.

Для скалярного входа с переменной децимацией (параметр Variable decimation выбран):

Когда вы очищаете этот параметр, задержка блока равняется 4 + такты N.
Когда вы выбираете этот параметр, задержка блока равняется 4 + N + 9 тактов.

Для векторного входа с фиксированной децимацией (параметр Variable decimation очищен):

Когда вы очищаете этот параметр, задержкой блока является floor((vecLen – 1) * (N/vecLen)) + 1 + N + (2 + (vecLen + 1) * такты N.
Когда вы выбираете этот параметр, задержкой блока является floor((vecLen – 1) * (N/vecLen)) + 1 + N + (2 + (vecLen + 1) * N) + 9 тактов.

Примечание

Для векторных входных параметров блок не поддерживает переменную децимацию.

`Enable reset input port` — Сбросьте сигнал
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Выберите этот параметр, чтобы включить входной порт reset.

Примеры модели

Реализуйте децимирующий фильтр CIC для HDL

Используйте блок CIC Decimation HDL Optimized, чтобы отфильтровать и проредить данные. Этот блок поддерживает скалярные и векторные входные параметры. В этом примере две модели Simulink® предоставлены, чтобы работать со скалярными и векторными входными параметрами отдельно. Можно сгенерировать HDL-код от подсистем в этих моделях Simulink.

HDL Implementation of a Digital Down-Converter for LTE

Реализация HDL цифрового понижающего преобразователя для LTE

Спроектируйте цифровой понижающий преобразователь (DDC) для приложений радиосвязи, таких как LTE и сгенерируйте HDL-код с HDL Coder™.

Алгоритмы

развернуть все

Децимирующий фильтр CIC

Передаточная функция децимирующего фильтра CIC

$H (z) = {[\sum_{k = 0}^{R M - 1} z^{- k}]}^{N} = \frac{{(1 - z^{- R M})}^{N}}{{(1 - z^{- 1})}^{N}} = \frac{1}{{(1 - z^{- 1})}^{N}} \cdot \frac{{(1 - z^{- R M})}^{N}}{1} = H_{I}^{N} (z) \cdot H_{c}^{N} (z),$

где:

H _я - передаточная функция части интегратора CIC-фильтра.
H _C является передаточной функцией части расчески CIC-фильтра.
N является количеством разделов. Количество разделов в CIC-фильтре задано как количество разделов или в части расчески или в части интегратора фильтра. Это значение не представляет общее количество разделов в целом фильтре.
R является фактором децимации.
M является дифференциальной задержкой.

Структура CIC-фильтра

Блоку CIC Decimation HDL Optimized показали структуру CIC-фильтра в этом рисунке. Структура состоит из разделов N каскадных интеграторов, фактора изменения уровня R и разделов N каскадных гребенчатых фильтров [1].

Можно определить местоположение единичной задержки в части интегратора CIC-фильтра или в feedforward или в пути к обратной связи. Эти две настройки дают к идентичной частотной характеристике фильтра. Однако числовые выходные параметры от этих двух настроек отличаются из-за задержки блока. Поскольку эта настройка предпочтена для реализации HDL, этот блок помещает единичную задержку в путь прямого распространения интегратора.

Зафиксированная и переменная децимация

Блок прореживает этап интегратора выход с помощью R, или фиксируемая ставка децимации обеспечила, использование параметра Decimation factor (R) или переменного уровня децимации обеспечило использование входного порта decimFactor. На этапе downsampler блок использует в противоречии с количеством допустимые входные выборки, которые зависят от уровня децимации. Каждый раз, когда уровень децимации изменяется, блок сбрасывает и запускает новое вычисление со следующей выборки. Этот механизм препятствует тому, чтобы блок накопил ложные значения. Затем блок предоставляет подкошенный выход части расчески CIC-фильтра.

Получите коррекцию

Усилением блока дают $G a i n = {(R x M)}^{N}$ , где:

R является значением параметров Decimation factor (R).
M является значением параметров Differential delay (M).
N является значением параметров Number of sections (N).

Блок реализует коррекцию усиления в двух частях: крупное усиление и прекрасное усиление. В крупной коррекции усиления блок вычисляет значение сдвига, добавляет значение сдвига к дробным битам, чтобы создать числовой тип и выполняет оставленный сдвиг разряда и reinterpretcast. В прекрасной коррекции усиления блок делит остающееся усиление с крупным усилением, если усиление не является степенью 2. Затем блок умножается, откорректированное крупное усиление откорректировало значение обратным значением прекрасного усиления. Прежде чем блок начинает обрабатывать, весь возможный сдвиг и прекрасные значения усиления предварительно вычисляются первоначально и хранятся в массиве.

Можно изменить это уравнение как $G a i n = 2^{c G a i n} x f G a i n$ . В этом уравнении cGain является крупным усилением, и fGain является прекрасным усилением. Эти усиления даны этими уравнениями.

$c G a i n = f l o o r (\log_{2} G a i n)$
$f G a i n = G a i n / 2^{c G a i n} = G a i n x 2^{- c G a i n}^{}$

Чтобы выполнить коррекцию усиления, когда параметр Variable decimation выбран, блок устанавливает тип выходных данных, сконфигурированный с максимальным уровнем децимации, и сдвиги разряда уехали во все значения под максимальным уровнем децимации. Значение сдвига разряда равно ${Maximum gain - log}_{2} (текущее усиление)$ .

Тип выходных данных

Как блок выходные данные основан на выборе типа выходных данных. Рассмотрите блок с R, M и значениями N 8, 1, и 3, соответственно, и вход width 16. Выходной размер слова вычисляется как $B_{OUT} = B_{IN} + [\log_{2} (G a i n)]$ ,

где:

$G a i n = {(R x M)}^{N}$
B _IN является входным размером слова.
B _OUT является выходным размером слова.

Когда вы устанавливаете параметр Output data type на Full precision, блок выходные данные с размером слова 25 путем добавления девяти битов усиления во входной размер слова 16.

Когда вы устанавливаете параметр Output data type на Same word length as input, выходные данные о блоке с размером слова 16, который является той же длиной как входной размер слова. Внутренний интегратор и этапы расчески используют тип данных полной точности с 25 битами.

Когда вы устанавливаете параметр Output data type на Minimum section word lengths и параметр Output word length к 16, блок выходные данные с размером слова 16. В этом случае блок изменяет битную ширину на каждом этапе, на основе алгоритма Сокращения.

Если значение параметров Output word length меньше количества битов, требуемых в блоке выход, младшие значащие биты (LSBs) в более ранних стадиях сокращены. Алгоритм Hogenauer [1] обеспечивает количество LSBs, чтобы отбросить на каждом этапе. Этот алгоритм минимизирует потерю информации в выходных данных.

Задержка

Этот раздел показывает задержки блока для скалярного входа, когда блок управляется с фиксированными и переменными уровнями децимации и для векторного входа, когда блок управляется с фиксируемой ставкой децимации.

Скалярный вход

Этот раздел показывает выход блока для скалярного входа с различным R, M и значениями N.

Этот рисунок показывает выход блока для настройки по умолчанию (то есть, с фиксируемой ставкой децимации и R, M и значениями N 2, 1, и 2, соответственно). Блок возвращает допустимые выходные данные в каждом втором цикле на основе фиксированного значения параметров Decimation factor (R) 2. Задержка блока является 5 тактами и вычисляется как 3 + N, где N является количеством разделов.

Этот рисунок показывает выход блока с фиксируемой ставкой децимации, R, M и значениями N 8, 1, и 3, соответственно, и выбранный параметр Gain correction. Блок возвращает допустимые выходные данные в каждом восьмом цикле на основе фиксированного значения параметров Decimation factor (R) 8. Задержка блока является 15 тактами и вычисляется как 3 + N + 9, где N является количеством разделов.

Этот рисунок показывает выход блока с переменным уровнем децимации (входной порт decimFactor) значения 2, 4, и 8 и для M и значений N 1 и 3, соответственно. В этом случае параметр Gain correction очищен. Блок возвращает допустимые выходные данные во-вторых, в-четвертых, и восьмые циклы, соответствующие значениям порта decimFactor 2, 4, и 8, соответственно. Блок признает, что значение порта decimFactor изменяется только, когда входным портом valid является 1. Задержка блока является 7 тактами и вычисляется как 4 + N, где N является количеством разделов.

Векторный вход

Задержка блока для векторного входа вычисляется с помощью этой формулы: floor((vecLen – 1) * (N/vecLen)) + 1 + N + 9 * Gain correction + (2 + (vecLen + 1) * N), где vecLen является длиной вектора и N, является количеством разделов.

Этот рисунок показывает выход блока для двухэлементного входа вектор-столбца с настройкой по умолчанию, (то есть, с фиксируемой ставкой децимации и R, M и значениями N 2, 1, и 2, соответственно). Задержка блока является 12 тактами.

Этот рисунок показывает выход блока для входа вектор-столбца с восемью элементами с фиксируемой ставкой децимации, R, M и значениями N 8, 1, и 3, соответственно, и выбранный параметр Gain correction. Задержка блока является 44 тактами.

Производительность

Эффективность синтезируемого HDL-кода меняется в зависимости от вашей цели и опций синтеза. Эта таблица показывает результаты синтеза данных ресурсов и данных о производительности блока для скалярного входа с фиксированными и переменными уровнями децимации и для двухэлементного входа вектор-столбца с фиксируемой ставкой децимации, когда R, M и N равняются 2, 1, и 2, соответственно. Сгенерированный HDL предназначен на оценочную плату Xilinx^® Zynq^®-7000 ZC706.

Входные данные	Тип децимации	Срез LUTs	Регистры среза	Максимальная частота в МГц
Скаляр	Фиксированная процентная ставка	101	166	711.74
Скаляр	Плавающий курс	206	186	441.70
Вектор	Фиксированная процентная ставка	218	627	624.61

Ресурсы и частоты варьируются на основе типа входных данных, R, M, и значений N и других значений параметров, выбранных в маске блока. Используя векторный вход может увеличить пропускную способность, однако эта опция также увеличивает число аппаратных ресурсов, которые использует блок.

Ссылки

[1] Hogenauer, E. “Экономичный Класс Цифровых фильтров для Децимации и Интерполяции”. Транзакции IEEE на Акустике, Речи и Обработке сигналов 29, № 2 (апрель 1981): 155–62. https://doi.org/10.1109/TASSP.1981.1163535.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Этот блок поддерживает генерацию кода C/C++ для акселератора Simulink^® и быстрых режимов Accelerator и для генерации компонента DPI.

Генерация HDL-кода
Сгенерируйте Verilog и код VHDL для FPGA и проекты ASIC с помощью HDL Coder™.

HDL Coder™ обеспечивает дополнительные параметры конфигурации, которые влияют на реализацию HDL и синтезируемую логику.

Архитектура HDL

Этот блок имеет одну, архитектуру HDL по умолчанию.

Свойства блока HDL

ConstrainedOutputPipeline	Количество регистров, чтобы поместить при выходных параметрах путем перемещения существующих задержек в рамках проекта. Распределенная конвейеризация не перераспределяет эти регистры. `Значением по умолчанию является 0`. Для получения дополнительной информации смотрите ConstrainedOutputPipeline (HDL Coder).
InputPipeline	Количество входных настроек канала связи, чтобы вставить в сгенерированный код. Распределенная конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут переместить эти регистры. `Значением по умолчанию является 0`. Для получения дополнительной информации смотрите InputPipeline (HDL Coder).
OutputPipeline	Количество выходных настроек канала связи, чтобы вставить в сгенерированный код. Распределенная конвейеризация и ограниченная выходная конвейеризация могут переместить эти регистры. `Значением по умолчанию является 0`. Для получения дополнительной информации смотрите OutputPipeline (HDL Coder).

Смотрите также

Объекты

dsp.CICCompensationDecimator | dsp.CICCompensationInterpolator | dsp.CICDecimator | dsp.CICInterpolator | dsp.HDLCICDecimation

Документация

CIC Decimation HDL Optimized

Описание

Порты

Входной параметр

data — Входные данные скаляр | вектор-столбец

valid — Индикация относительно допустимых входных данных скаляр

decimFactor — Переменный уровень децимации скаляр

Зависимости

reset — Очистите внутренние состояния скаляр

Зависимости

Вывод

data — CIC-подкошенные выходные данные скаляр

valid — Индикация относительно допустимых выходных данных скаляр

Параметры

Variable decimation — Переменный уровень децимации off (значение по умолчанию) | on

Decimation factor (R) — Фактор децимации2 (значение по умолчанию) | целое число от 2 до 2 048

Differential delay (M) — Дифференциальная задержка1 (значение по умолчанию) | 2

Number of sections (N) — Количество интегратора и разделов расчески2 (значение по умолчанию) | 1| 3 | 4 | 5 | 6

Output data type — Тип данных выхода Full precision (значение по умолчанию) | Same word length as input | Minimum section word lengths

Output word length — Размер слова выхода16 (значение по умолчанию) | целое число от 2 до 104

Зависимости

Gain correction — Выведите компенсацию усиления off (значение по умолчанию) | on

Enable reset input port — Сбросьте сигнал off (значение по умолчанию) | on

Примеры модели

Реализуйте децимирующий фильтр CIC для HDL

Реализация HDL цифрового понижающего преобразователя для LTE

Алгоритмы

Децимирующий фильтр CIC

Структура CIC-фильтра

Зафиксированная и переменная децимация

Получите коррекцию

Тип выходных данных

Задержка

Производительность

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Генерация HDL-кода Сгенерируйте Verilog и код VHDL для FPGA и проекты ASIC с помощью HDL Coder™.

Смотрите также

Объекты

Блоки

Документация DSP System Toolbox

Поддержка

`data` — Входные данные
скаляр | вектор-столбец

`valid` — Индикация относительно допустимых входных данных
скаляр

`decimFactor` — Переменный уровень децимации
скаляр

`reset` — Очистите внутренние состояния
скаляр

`data` — CIC-подкошенные выходные данные
скаляр

`valid` — Индикация относительно допустимых выходных данных
скаляр

`Variable decimation` — Переменный уровень децимации
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Decimation factor (R)` — Фактор децимации
2 (значение по умолчанию) | целое число от 2 до 2 048

`Differential delay (M)` — Дифференциальная задержка
1 (значение по умолчанию) | `2`

`Number of sections (N)` — Количество интегратора и разделов расчески
2 (значение по умолчанию) | `1`| 3 | 4 | 5 | 6

`Output data type` — Тип данных выхода
`Full precision` (значение по умолчанию) | `Same word length as input` | `Minimum section word lengths`

`Output word length` — Размер слова выхода
16 (значение по умолчанию) | целое число от 2 до 104

`Gain correction` — Выведите компенсацию усиления
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Enable reset input port` — Сбросьте сигнал
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Генерация HDL-кода
Сгенерируйте Verilog и код VHDL для FPGA и проекты ASIC с помощью HDL Coder™.