Проблемы с реализацией CIC фильтров Опции

[Art111]

Добрый день!
Проблема в следующем. Требуется реализовать CIC фильтр в 12 секций с децимацией, к примеру 10.
Решил сначала построить его на IP-ядре (CIC Compiler Core). Оказалось, что он может генерить фильтр с максимальным количеством секций 6.
А надо 12. Как быть?
Ладно, структура вроде бы не сложная, решил написать руками. Текст привожу далее. (К примеру, для 3х каскадов. ) Если кто сталкивался с написанием такого фильтра в коде, посмотрите, пожалуйста, нет ли ошибок.
И последее. Фильтр надо как-то отлаживать. Проверить результат. Также буду очень признателен, если кто-нибудь скажет как лучше проверить, что он работает.
Спасибо!


library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.all;
use IEEE.STD_LOGIC_SIGNED.all;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.all;

entity hcic is
port(
CLK : in STD_LOGIC;
CLK10 : in STD_LOGIC;
din : in STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0);
dout : out STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0) );
end hcic;

architecture BEH of hcic is


signal i0,i1,i2,i3,tempI0,tempI1,tempI2:STD_LOGIC_VECTOR(21 downto 0);
signal c0,c1,c2,c3,tempC0,tempC1,tempC2:STD_LOGIC_VECTOR(21 downto 0);
signal clk_dec :STD_LOGIC;
--signal clcc:STD_LOGIC_VECTOR(4 downto 0);

begin

process (clk)
begin
if(clk'event and clk='1')then
if din(15)='0' then i0<="0000000"&din(14 downto 0); else i0<="1111111"&din(14 downto 0);end if;
dout<=c3(15 downto 0);

end if;
end process;


--process (clk)
-- begin
-- if(clk'event and clk='1')then
-- clcc<=clcc+1;
-- if clcc="10011" then clk_dec<='1'; else clk_dec<='0'; clcc<="00000";end if;
-- end if;
--end process;

process (clk)--INTERGRATED
begin
if(clk'event and clk='1')then
tempI0<=i0;
tempI1<=i1;
tempI2<=i2;
i1<=signed(tempI0)+signed(i0);
i2<=signed(tempI1)+signed(i1);
i3<=signed(tempI2)+signed(i2);

end if;
end process;


process (CLK10)--COMB
begin
if(CLK10'event and CLK10='1')then
tempC0<=i3;
tempC1<=c1;
tempC2<=c2;
c1<=signed (tempC0)-signed (i3);
c2<=signed (tempC1)-signed (c1);
c3<=signed (tempC2)-signed (c2);

end if;
end process;

--
--
----
--
end BEH;

[des00]

Фильтр надо как-то отлаживать. Проверить результат. Также буду очень признателен, если кто-нибудь скажет как лучше проверить, что он работает.

В симулинк его запихиваете, ставите рядом такой же симулинковский и отлаживаете. Там и посмотрите правильно вы сделали или нет %)

[DmitryR]

И последее. Фильтр надо как-то отлаживать. Проверить результат. Также буду очень признателен, если кто-нибудь скажет как лучше проверить, что он работает.

Я думаю с помощью Matlab. Ставите референсный CIC, рядом - свой HDL код, подаете некий паттерн и сравниваете выходы.

[rloc]

Для начала подайте на вход дельта-импульс (в данном случае импульс большой амплитуды и длительностью в один период поступления входных данных) и сравните на выходе с импульсной характеристикой фильтра.

[Art111]

Для начала подайте на вход дельта-импульс (в данном случае импульс большой амплитуды и длительностью в один период поступления входных данных) и сравните на выходе с импульсной характеристикой фильтра.

А я не знаю импульсной характеристики фильтра. Количество каскадов мне выдал матлаб. И дельта-функция в этом случае мне никак не поможет, это же не КИХ - там, да - все коэффициенты высвечиваются сразу. Но не в нашем случае с CIC. Спасибо!

[alex_os]

Проблема в следующем. Требуется реализовать CIC фильтр в 12 секций с децимацией, к примеру 10.

12 секций это 12-го порядка чтоли !?? Если так, то это фантастика .

[Art111]

12 секций это 12-го порядка чтоли !?? Если так, то это фантастика .

А вы не могли бы пояснить, в чём конкретно фантастичность задачи?
У нас следующая задача. Нужно сделать слудующий филтр: децимация 3, полоса пропускания 8 МГц, частота сэмплирования 100 МГц, затухание 110 Дб. Матлаб при расчёте фильтра с данными параметрами выдал 12 каскадов..

[DmitryR]

12 секций это 12-го порядка чтоли !?? Если так, то это фантастика .

12 секций - это 12 секций. Альтера умеет генерить такие, так что никакой фантастики тут нет. Просто у Xilinx корка почему-то ограничена шестью секциями.

[Art111]

А есть люди, на форуме, которые CIC писали руками?

[DmitryR]

Я FIR писал, это сложнее.

[hobgoblin]

А вы не могли бы пояснить, в чём конкретно фантастичность задачи?
У нас следующая задача. Нужно сделать слудующий филтр: децимация 3, полоса пропускания 8 МГц, частота сэмплирования 100 МГц, затухание 110 Дб. Матлаб при расчёте фильтра с данными параметрами выдал 12 каскадов..

Не то чтобы фантастично, но как то не очень оптимально. Неравномерность в полосе пропускания у Вас на выходе будет около 10 дБ и рост разрядности, если не использовать Hogenauer pruning, 20 бит.
Писать CIC фильтр с нуля, понимая как он работает, требуется ну полчаса максимум. Можно взять и сгенерировать код прямо в Matlab, но его придется немного ручками править.

[Art111]

Не то чтобы фантастично, но как то не очень оптимально. Неравномерность в полосе пропускания у Вас на выходе будет около 10 дБ и рост разрядности, если не использовать Hogenauer pruning, 20 бит.
Писать CIC фильтр с нуля, понимая как он работает, требуется ну полчаса максимум. Можно взять и сгенерировать код прямо в Matlab, но его придется немного ручками править.

Естественно, компенсационник на выходе CIC будет стоять..

[hobgoblin]

Естественно, компенсационник на выходе CIC будет стоять..

нужно ли городить огород, может просто одним децимирующим FIR фильтром можно обойтись.

[Art111]

Я FIR писал, это сложнее.

я FIR тоже писал аж 2 способами и сравнивал их с IP-шными - резулттаты совпадали. А вот с CIC столкнулся впервые.
Вроде, всё как в описании делаю. Сначала смещаю на нужное количетсво каскадов, всё суммирую, потом провожу понижение частоты, смещаю, вычитаю, выдаю.
Разница с матлабовской моделью небольшая, у них в реакции на дельту нет отрицательных значений. У меня же есть. А ядро вообще выдаёт полную лажу во всём разрядном диапазоне(

[hobgoblin]

Почему бы просто не не сгенерировать код из матлаба и не посмотреть как он устроен. Можно еще автоматом модельку симулинковскую сгенерить, построенную из стандартных блоков. Если не знаете как это делается, то код генерится из объекта mfilt функцией generatehdl(), а модель - функцией realizemdl().

[alex_os]

А вы не могли бы пояснить, в чём конкретно фантастичность задачи?
У нас следующая задача. Нужно сделать слудующий филтр: децимация 3, полоса пропускания 8 МГц, частота сэмплирования 100 МГц, затухание 110 Дб. Матлаб при расчёте фильтра с данными параметрами выдал 12 каскадов..

Никто не запрещает сделать CIC 12го порядка но
1) СIC дециматор в 10 раз 12го порядка будет уметь усиление 10^12 это потребует максимальную разрядность
в фильтре = число_разрядов_АЦП + 40
2) Полоса пропускания ну очень кривая будет (представляете sinc(x)^12 )
3) Почитайте описание микросхем DDC , врядли там найдете СIC больше 5го порядка.

p.s. Для Вашей задачи лучше всего FIR будет или CIC + FIR

[des00]

А есть люди, на форуме, которые CIC писали руками?

интеграторы неправильно сделали, нарисуйте реализацию сic фильтра в симулинке и наложите ее на свое железо. увидите разницу %)

и разрядность у вас не правильно выбрана, работать не будет. учите матчасть.

Для Вашей задачи лучше всего FIR будет или CIC + FIR

+1. Тем более что полоса фиксирована и всё равно будете ставить компенсационный FIR %)

[729]

А вы не могли бы пояснить, в чём конкретно фантастичность задачи?
У нас следующая задача. Нужно сделать слудующий филтр: децимация 3, полоса пропускания 8 МГц, частота сэмплирования 100 МГц, затухание 110 Дб. Матлаб при расчёте фильтра с данными параметрами выдал 12 каскадов..

Вам подойдет и 11-го порядка CIC - неравномерность на краю полосы (на 8 МГц) -8.21дБ, максимальная помеха от децимации на краю полосы -108дБ.

Прошу прощения - почему-то сначала увидел 100 дБ максимальной помехи. Действительно, только 12-ый порядок подойдет.


Сообщение отредактировал 729 - Aug 13 2010, 08:39

[DmitryR]

Разница с матлабовской моделью небольшая

Обратите пристальное внимание на то, как вы делаете округление. Меня всегда ошибки преследовали именно в этом.

[729]

Обратите пристальное внимание на то, как вы делаете округление. Меня всегда ошибки преследовали именно в этом.

Мы не делали округление, а просто отбрасывали, что вело к появлению некоторой постоянки. Но её легко замерить, а потом вычесть - работает вполне прилично.

[Art111]

интеграторы неправильно сделали, нарисуйте реализацию сic фильтра в симулинке и наложите ее на свое железо. увидите разницу %)

и разрядность у вас не правильно выбрана, работать не будет. учите матчасть.


+1. Тем более что полоса фиксирована и всё равно будете ставить компенсационный FIR %)

C замечанием согласен. Исправлю, получившийся код выложу! Про разрядность - взял наобум. Потом планировал отрезать совсем другие разряды. Спасибо!

[rloc]

А я не знаю импульсной характеристики фильтра. Количество каскадов мне выдал матлаб. И дельта-функция в этом случае мне никак не поможет, это же не КИХ - там, да - все коэффициенты высвечиваются сразу. Но не в нашем случае с CIC. Спасибо!

Вы глубоко заблуждаетесь, CIC фильтр эквивалентен N каскадам КИХ фильтров с прямоугольной импульсной характеристикой, соединенных последовательно (разница только в физической реализации). А суммарная импульсная характеристика фильтра определяется как свертка всех импульсных характеристик последовательно соединенных каскадов. Для примера, импульсная характеристика 2-х каскадов - равнобедренный треугольник, 3-х каскадов - параболический вид (сложно в уме прикинуть) и т.д.

[PavPro]

Хотелось бы прояснить для себя следующий момент касаемо в части реализации CIC-фильтров. К примеру есть 3 каскада интеграторов + гребенчатых фильтров, т.е. 3-х каскадный CIC-фильтр. При этом разрядность входных данных больше чем выходных (например in_data = 20 бит, out_data = 12 бит). Допускается ли в этом случае отбрасывать младшие биты в интеграторах согласно методики Хогенауера (Hogenauer, Eugene. An Economical Class of Digital Filters For Decimation and Interpolation, IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-29, pp. 155-162, April 1981.). Согласно алгоритму в данной статье, фильтр работает при разрядности входных данных меньшей чем разрядность выходных. В противном случае моделирование показывает что фильтр работает неправильно! Есть соображение, что когда разрядность входных данных больше чем выходных, отбрасывать младшие биты в интеграторах вообще нельзя. Так ли это, или я ошибаюсь?
Заранее благодарен за ответы.

[Maverick]

Хотелось бы прояснить для себя следующий момент касаемо в части реализации CIC-фильтров. К примеру есть 3 каскада интеграторов + гребенчатых фильтров, т.е. 3-х каскадный CIC-фильтр. При этом разрядность входных данных больше чем выходных (например in_data = 20 бит, out_data = 12 бит). Допускается ли в этом случае отбрасывать младшие биты в интеграторах согласно методики Хогенауера (Hogenauer, Eugene. An Economical Class of Digital Filters For Decimation and Interpolation, IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-29, pp. 155-162, April 1981.). Согласно алгоритму в данной статье, фильтр работает при разрядности входных данных меньшей чем разрядность выходных. В противном случае моделирование показывает что фильтр работает неправильно! Есть соображение, что когда разрядность входных данных больше чем выходных, отбрасывать младшие биты в интеграторах вообще нельзя. Так ли это, или я ошибаюсь?
Заранее благодарен за ответы.

нет, простое "обрезание" разрядности не подойдет

Возьмите промоделируйте - смотрите на выход СIC фильтра (полный выход со всеми разрядами) - уменьшите масштаб при моделировании (чтобы много выходных данных на экране видели) - смотрите какие биты меняются, а какие нет или практически не меняются.
В итоге берите только те которые меняются - значащие биты в необходимом количестве (чаще делают разрядность входа и выхода равными).
Если СIC фильтр перестраиваемый, то такую операцию нужно делать для каждого коэффициента. Можно взять несколько точек, а потом аппроксимировать...

Посмотрите как меняются входные данные и какие значащие биты там, постарайтесь чтобы выходные данные с СIC фильтра были аналогичными...

PS СIC фильтр делайте полный без "обрезания" на каскадах - совет
PS PS прошу прощения - ошибся - говорил про децимирующий СIC фильтр, но думаю в Вашем случае (интерполяции) все аналогично с точность до наоборот...

[PavPro]

нет, простое "обрезание" разрядности не подойдет

Возьмите промоделируйте - смотрите на выход СIC фильтра (полный выход со всеми разрядами) - уменьшите масштаб - смотрите какие биты меняются, а какие нет.
В итоге берите только те которые меняются - значащие биты.
Во всяком случае я так делал помогло...

Ну делать подбор усечения в каждом каскаде с последующим моделированием это слишком расточительно по времени. Я спрашивал про методику усечения описываемую Хогенауером. Согласно этой методики, можно заранее вычислить сколько бит и в каком каскаде можно отбрасывать с минимальным ущербом для конечного результата.
Другое дело что фильтр перестает правильно работать, когда разрядность входных данных больше чем выходных.
К примеру: есть два трехкаскадных фильтра: 1)N=3 кол-во секций, R=32 коэфФ. прореживания, М=2 разностная задержка. Bin= 8 бит, Bout =10 бит.
2)N=3 кол-во секций, R=32 коэфФ. прореживания, М=2 разностная задержка. Bin= 18 бит, Bout =10 бит.
Согласно приведенной в статье методики: для первого фильтра имеем следующие разрядности в промежуточных каскадах: 1 каскад = 26 бит, 2-ой =21 бит,
3-й = 16 бит, 4-й = 14 бит, 5-й = 13, 6-й = 12 бит.
для второго фильтра имеем такие же результаты, но первый фильтр работает правильно, второй нет.
Возникает вопрос ПОЧЕМУ? Для первого фильтра максимальная разрядность 1-го интегратора вычисляется по формуле Bint1=Bin + N*log2(R*M) = 8 + 3*log2(64)= 26 бит.
Для второго 20 + 3*log2(64) = 38 бит из которых мы учитываем только 26 старших (согласно Хогенауеру). Так вот я хотел спросить у знающих
людей: можно ли пользоваться данной методикой когда входная разрядность больше выходной. У Altera ядро работает корректно в обоих случаях. У меня нет.

[Maverick]

Ну делать подбор усечения в каждом каскаде с последующим моделированием это слишком расточительно по времени. Я спрашивал про методику усечения описываемую Хогенауером. Согласно этой методики, можно заранее вычислить сколько бит и в каком каскаде можно отбрасывать с минимальным ущербом для конечного результата.
Другое дело что фильтр перестает правильно работать, когда разрядность входных данных больше чем выходных.
К примеру: есть два трехкаскадных фильтра: 1)N=3 кол-во секций, R=32 коэфФ. прореживания, М=2 разностная задержка. Bin= 8 бит, Bout =10 бит.
2)N=3 кол-во секций, R=32 коэфФ. прореживания, М=2 разностная задержка. Bin= 18 бит, Bout =10 бит.
Согласно приведенной в статье методики: для первого фильтра имеем следующие разрядности в промежуточных каскадах: 1 каскад = 26 бит, 2-ой =21 бит,
3-й = 16 бит, 4-й = 14 бит, 5-й = 13, 6-й = 12 бит.
для второго фильтра имеем такие же результаты, но первый фильтр работает правильно, второй нет.
Возникает вопрос ПОЧЕМУ? Для первого фильтра максимальная разрядность 1-го интегратора вычисляется по формуле Bint1=Bin + N*log2(R*M) = 8 + 3*log2(64)= 26 бит.
Для второго 20 + 3*log2(64) = 38 бит из которых мы учитываем только 26 старших (согласно Хогенауеру). Так вот я хотел спросить у знающих
людей: можно ли пользоваться данной методикой когда входная разрядность больше выходной. У Altera ядро работает корректно в обоих случаях. У меня нет.

нет Вы меня не поняли...

PS СIC фильтр делайте полный без "обрезания" разрядности на каскадах - совет

а потом уже применяете только ко входу СIC фильтра (потому что у Вас интерполирующий) то, что я советовал ранее...

Выбирать значащие биты Вы будете делать столько раз - сколько каскадов фильтров... Никуда не денитесь...

[PavPro]

нет Вы меня не поняли...



а потом уже применяете только ко входу то, что я советовал ранее...

Ваш метод понятен. Но во первых он основан на эмпирических подходах, что далеко не всегда удобно, а во вторых я все же спрашивал про метод описанный в статье.
У меня есть подозрение что я все таки что то не так: реализую, понимаю или может что-то упустил. Но все равно спасибо!
Фильтр децимирующий.

Сообщение отредактировал PavPro - Jan 15 2015, 20:34

[vadimuzzz]

тут смотрели? я по Хогенауэру делал, но не помню, в каких условиях проверял