Настройка коэффициентов

Спроектируйте фильтр с помощью firgr, который использует обобщенный метод конструкции Ремеза. Использование аргумента «minfase» для firgr вынуждает минимальную конструкцию фазового фильтра. Затем используйте fvtool для визуализации отклика фильтра.

Fs  = 96000;
Fn  = Fs/2;
f   = [0 17000 20000 28000 31000 Fn]/Fn;
a   = [0     0     1     1     0  0];
w   = [5 1 5];
b   = firgr(44, f, a, w, 'minphase');
hfvt = fvtool(b,'Fs', Fs,...
              'MagnitudeDisplay', 'Magnitude (dB)',...
              'legend','on');
legend(hfvt,'Min Phase');

Анализ реакции на фазу

Проверьте фазовый отклик фильтра.

hfvt = fvtool(b,'Fs', Fs,...
              'Analysis', 'phase',...
              'legend','on');
legend(hfvt, 'Min Phase');

Создание квантованного фильтра FIRT с фиксированной точкой

Проверив минимальную конструкцию фазового фильтра, создайте объект FIR-фильтра System со структурой «Прямая форма транспонирована». Установите длину слова коэффициента равной 15 и используйте полную точность для других настроек фильтра.

b_fixed = fi(b,1,15); % use best precision fraction length
T_coeff = numerictype(b_fixed);
minPhaseFilter = dsp.FIRFilter('Structure','Direct form transposed');
minPhaseFilter.Numerator = double(b_fixed);
minPhaseFilter.FullPrecisionOverride = false;
minPhaseFilter.CoefficientsDataType = 'Custom';
minPhaseFilter.CustomCoefficientsDataType = T_coeff;
minPhaseFilter.ProductDataType = 'Full precision';
minPhaseFilter.AccumulatorDataType = 'Full precision';
minPhaseFilter.OutputDataType = 'Same as accumulator';

Проверка фильтра с фиксированной точкой относительно ссылочной конструкции

Проверьте квантованный фильтр относительно эталонной конструкции. Амплитудная характеристика является правильной, но фазовая характеристика больше не является минимальной фазой из-за квантования.

hfvt = fvtool(minPhaseFilter, 'Fs', Fs, ...
              'Analysis', 'freq', ...
              'legend', 'on', ...
              'Arithmetic', 'fixed');
legend(hfvt, 'Min Phase');

Проверка импульсной характеристики

Постройте график импульсной характеристики квантованного фильтра. Многие из коэффициентов были квантованы до нуля, и общий отклик по-прежнему соответствует спецификации, даже если нули сделали фазовый отклик не минимальным. Эти нули приводят к меньшей реализации, поскольку код HDL не генерируется для умножений на ноль.

hfvt = fvtool(minPhaseFilter, 'Fs', Fs, ...
              'Analysis', 'Impulse', ...
              'legend', 'on', ...
              'Arithmetic', 'fixed');
legend(hfvt, 'Min Phase');

Создание кода HDL и тестового стенда из квантованного фильтра

Начиная с квантованного фильтра, генерируйте VHDL или Verilog.

Создайте временную рабочую папку. После создания кода HDL (в данном случае Verilog) откройте созданный файл в редакторе.

Создайте тестовый стенд Verilog для проверки соответствия результатов результатам в MATLAB. Используйте предварительно определенный входной стимул.

Чтобы создать VHDL-код и стенд тестирования VHDL, измените значение свойства TargetLanguage с Verilog на VHDL.

Предположим, что вход имеет 10-битовую длину слова с 9-битовыми дробными битами.

workingdir = tempname;
generatehdl(minPhaseFilter,'Name', 'hdlminphasefilt', ...
               'TargetLanguage', 'Verilog', ...
               'GenerateHDLTestbench','on', ...
               'TestBenchStimulus', 'chirp', ...
               'TargetDirectory', workingdir, ...
               'InputDataType', numerictype(1,10,9));

### Starting Verilog code generation process for filter: hdlminphasefilt
### Starting Verilog code generation process for filter: hdlminphasefilt
### Generating: /tmp/BR2021ad_1655202_180016/mlx_to_docbook2/tp5f88187b_093f_446c_a4be_8a4f6a132b15/hdlminphasefilt.v
### Starting generation of hdlminphasefilt Verilog module
### Starting generation of hdlminphasefilt Verilog module body
### Successful completion of Verilog code generation process for filter: hdlminphasefilt
### HDL latency is 2 samples
### Starting generation of VERILOG Test Bench.
### Generating input stimulus
### Done generating input stimulus; length 1069 samples.
### Generating Test bench: /tmp/BR2021ad_1655202_180016/mlx_to_docbook2/tp5f88187b_093f_446c_a4be_8a4f6a132b15/hdlminphasefilt_tb.v
### Creating stimulus vectors ...
### Done generating VERILOG Test Bench.

edit(fullfile(workingdir, 'hdlminphasefilt.v'));

Постройте график стимула испытательного стенда и реакции фильтра

Постройте график входного стимула фильтра и выходного отклика на отдельных графиках.

x = generatetbstimulus(minPhaseFilter,'TestBenchStimulus','chirp','InputDataType', numerictype(1,10,9));
xrange = (0:length(x) - 1).*( Fn / (length(x) - 1))/1e3;
y = minPhaseFilter(x.');
subplot(2,1,1); plot(xrange, x); ylim(ylim.*1.1);
axis([0,50,-1.2,1.2]);
title('HDL Min Phase Filter Chirp Stimulus.');
xlabel('Frequency in kHz');
subplot(2,1,2); plot(xrange, y); ylim(ylim.*1.1);
axis([0,50,-1.2,1.2]);
title('HDL Min Phase Filter Response.');
xlabel('Frequency in kHz');

Заключение

Был разработан фильтр минимальной фазы, а затем преобразован в объект FIR filter System с транспонированной структурой. Затем был создан код Verilog для конструкции фильтра и стенд тестирования Verilog для функциональной проверки результатов.

Для проверки этих результатов можно использовать симулятор Verilog, например ModelSim ®.