利用虚拟仪器进行数字信号处理设计(08-100)

　　群延迟补偿器

　　在对定点滤波器进行设计和发布的过程中，有一种特性的重要性是不言而喻的，就是需要能够直接、交互式地查看设计结果。传统的通过文本软件定点实现的方法往往效率高、成本低，但是由于算法精度较低，其设计过程也更为复杂。

　　使用LabVIEW和数字滤波器设计工具包，定点数字滤波器设计过程首先是对浮点滤波器进行原型设计，并转换成定点设计。转换成定点设计会大大改变滤波器的特性和性能。实现了指定定长寄存器的整数字长、滤波器拓扑等其他参数，这些对于确保滤波器按照设计期望进行工作是十分关键的。对定点设计进行适当的仿真和分析可以避免之后在调试设计的时候，在千万行嵌入式系统代码中进行调试查找。集成在VI设计环境中的定点建模、仿真和分析工具简化了从浮点设计到定点设计之间的过渡。

　　另外一个使得定点数字滤波设计非常困难的原因是，参数量化、中间运算和结果向系统引入了噪声。此外，如果在数据存储中没有足够的空间，就会发生上溢出。LabVIEW数字滤波器设计工具包中的定点建模、仿真和分析功能能够在设计阶段找出实现的错误源头。例如，对于图1设计的低通滤波器进行定点实现。用户使用定点建模VI，就可以在多个设计方案中选择定点系统、指定字长、整数字长以及设计中关键位置的舍入和溢出模式。为了对最终实现进行进一步控制，还提供了超过23种不同的滤波器拓扑，从FIR直接形式1到IIR级联二阶部分(形式I或II、转置)，直至网格ARMA(基本、一个乘法器或归一化部分)。

　　图2展示了包含选择滤波器拓扑、定点设计工具以及用于定点和浮点设计仿真与分析的范例VI。这个VI提供了能够随着仿真运行对实现参数进行交互式修改的接口。首先，可以保持定点建模参数不变，使用默认的滤波器拓扑，使用正态分布的白噪声信号作为滤波器输入，测试滤波器在所有频率下的响应。图3给出了仿真结果。很明显，定点滤波器并没有给出与浮点仿真相同的结果，尽管设计的滤波器具有几乎相同的幅度、相位和零极点图。滤波器分析报告指出由于在乘法、加法、延迟中产生了上溢出和下溢出，因此得到的结果不够理想。利用在VI环境中给出的信息，用户可以对定点实现进行运行时修改，例如增加问题区域中的整数字长、尝试其他滤波器拓扑或是修改定点建模的其他属性。对于这个设计而言，提高乘法、加法和延迟的整数字长就可以得到希望的定点设计结果，如图4所示。

　　图2 程序框图展示了滤波器的设计，可以修改滤波器拓扑、整数字长、对正态分步的白噪声进行定点和浮点设计仿真以及仿真分析

　　图3 前面板显示了定点滤波器设计和浮点滤波器设计的幅度、相位和零极点图特性以及仿真结果和第一个测试的分析