基于自適應(yīng)FIR濾波器的抗干擾ASIC設(shè)計(jì)

張 琦

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所 陜西 西安 710068）

1 自適應(yīng)濾波器原理

自適應(yīng)濾波器是一種能自我調(diào)節(jié)的數(shù)字濾波器。它能根據(jù)輸入信號的變化相應(yīng)變化，能夠根據(jù)輸入信號的不同產(chǎn)生不同的輸出值，再將輸出與理想信號相比較，采用某種判據(jù)在檢測中不斷的遞歸更新權(quán)系數(shù)值，以逐步逼近某一最優(yōu)處理結(jié)果。本文采用的自適應(yīng)濾波器是利用維納濾波器橫向結(jié)構(gòu)FIR實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波的，利用測量值給K個抽頭的橫向?yàn)V波器自適應(yīng)地配上抽頭系數(shù)，這些權(quán)值使輸出誤差最小。其數(shù)學(xué)模型如下：

其中 x(n)為自適應(yīng)濾波器的輸入，w(n)為自適應(yīng)濾波器加權(quán)值，y(n)為自適應(yīng)濾波器的輸出。

2 基于LMS自適應(yīng)算法的FIR濾波器設(shè)計(jì)及仿真

最常用的自適應(yīng)算法是最小均方誤差算法，即LMS算法。LMS算法是一種易于實(shí)現(xiàn)、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛的算法。LMS算法的目標(biāo)是通過調(diào)整系數(shù)，使輸出誤差序列的均方值最小化并且根據(jù)這個判據(jù)來修改權(quán)系數(shù)。

圖1 LMS自適應(yīng)FIR濾波器算法實(shí)現(xiàn)框圖

權(quán)系數(shù)的迭代公式為：

下圖給出了采用此種方法對窄帶干擾的自適應(yīng)濾波的仿真結(jié)果。

圖2 抗干擾處理前后信號頻譜比對

信噪比為-20dB，信干比為-40dB。圖2給出了抗干擾處理前信號頻譜和經(jīng)抗時(shí)域干擾處理后的信號頻譜，在載波頻率上有較強(qiáng)的單頻干擾。經(jīng)濾波后可見明顯的濾波效果。

3 抗干擾芯片的ASIC實(shí)現(xiàn)

圖3 物理綜合結(jié)果

圖4 靜態(tài)時(shí)序分析結(jié)果

基于此算法可設(shè)計(jì)針對窄帶干擾的抗干擾芯片。VLSI實(shí)現(xiàn)采用Top2Down的設(shè)計(jì)方法,對系統(tǒng)整體和各模塊用Verilog硬件描述語言設(shè)計(jì)。用ModelSim軟件仿真,并在Altera StratixII器件EP3C120C3上通過FPGA功能驗(yàn)證。采用SMIC0.18μm CMOS標(biāo)準(zhǔn)單元庫進(jìn)行電路綜合實(shí)現(xiàn),6層金屬布線,綜合優(yōu)化結(jié)果表明,該電路規(guī)模為200萬門。邏輯綜合和靜態(tài)時(shí)序分析應(yīng)用前文介紹的綜合與約束策略,使用工具DC和PrimeTime成功完成了物理綜合并驗(yàn)證了芯片時(shí)序。圖2和圖3是綜合和時(shí)序分析的結(jié)果，可以看出路徑時(shí)間余量為正值,滿足時(shí)序分析要求。

圖5 ASIC芯片物理版圖

4 結(jié)語

通過MATLAB軟件仿真的結(jié)果驗(yàn)證了采用LMS自適應(yīng)濾波算法對窄帶干擾抑制效果明顯。且相對于傳統(tǒng)的傅立葉變換等方式，在ASIC實(shí)現(xiàn)上可在相同頻率得到更小的面積，更利于工程設(shè)計(jì)，現(xiàn)在該芯片已經(jīng)成功流片。

［1］[英]Paulo S.R.Diniz電子工業(yè)出版社 第二版,48-50.

［2］BHATNAGAR H.Advanced ASIC chip synthesis using synopsys design compiler and primetime(second edition)[M].Dordrecht:Kluwer Academic Publishers,2002:2612265.

［3］Synopsys.Primetime user guide(Fundamentals)[K].Synopsys Online Documentation,2003,1:13217.

［4］Synopsys.DesignComplier user guide(Fundamentals)[K].Synopsys Online Documentation,2003,1:13219.