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864 2018 年 11 月

的幅频特性。可见级联FIR 补偿滤波器之后的 CIC 原始信号的误差为 2.16%，起到了很好的信号恢复
滤波器具有更加平坦的通带，−3 dB带通由10 MHz 的作用。
扩展到 14.7 MHz，适用于更高频率的超声信号。另 1.0
外为了对比 CIC 滤波器的处理效率，这里还给出 ԔݽηՂ
᧔ನηՂ
$*$໚ฉ஍౧
了具有与此 CIC 插值滤波器相似滤波性能的 64 阶 0.5
FIR滤波器的频谱特性。后文所提的 CIC滤波器均 ૝ࣨ/V 0
指补偿后的CIC滤波器。
-0.5
$*$໚ฉ٨ᄊᮠ៨
1.2 ᛪϪ໚ฉ٨ᄊᮠ៨
1.0 ᛪϪՑ$*$໚ฉ٨ᄊᮠ៨ -1.0
᫽'*3໚ฉ٨ᄊᮠ៨ 0 2 4 6 8
0.8
௑ᫎ/10 -7 s
ࣨए 0.6 (a) ໚ฉ஍౧
0.4
0.2
ԔݽηՂ
1.0
0 ᧔ನηՂ
0 10 20 30 40 50 $*$໚ฉ஍౧
ᮠဋ/MHz
0.8
(a) ࣨᮠྲভ
10 ૝ࣨ/V 0.6
$*$໚ฉ٨ᄊᮠ៨
0 ᛪϪ໚ฉ٨ᄊᮠ៨
ᛪϪՑ$*$໚ฉ٨ᄊᮠ៨ 0.4
-10 ᫽'*3໚ฉ٨ᄊᮠ៨
ࣨए/dB -20 0.2
-30 2 3 4 5 6
௑ᫎ/10 -7 s
-40
(b) ࡍᦊஊܸ
-50
0 10 20 30 40 50
ᮠဋ/MHz 图 7 CIC 滤波器插值效果的软件仿真
(b) ࣨᮠ(dB)ྲভ
Fig. 7 Software simulation of interpolation effect
图 6 CIC、FIR 插值滤波器的幅频特性 of CIC filter
Fig. 6 Amplitude-frequency characteristics of 4.2 实验结果
CIC filter and FIR filter
基于现有的原理分析与仿真结果，在实验室
4 仿真与实验 开发的一款通用超声检测板卡上基于 FPGA 实现
CIC插值滤波器的功能，通过滤波插值，将信号的时
4.1 MATLAB仿真结果 域分辨率提升到100 MHz。
本文利用 MATLAB 软件进行仿真并基于自研 实验选用 8 MHz 探头、50 MHz 的采样率，采用
超声检测平台进行实验，对 8 MHz 超声回波信号 3 阶 CIC 滤波器进行 2 倍插值，并用 30 阶升幅 FIR
的滤波插值效果做了验证。为了说明滤波插值的 滤波器作为补偿，为了对比CIC滤波器的处理效率，
有效性，本文在以下的仿真及实验过程中均选择 另外还设计了一路具有相近滤波插值性能的 64 阶
了原始信号采样最差的情况 (信号峰值最低的采样 FIR滤波器。如图8所示，利用示波器的2.5 GHz 采
结果)。 样信号作为原始信号，以实线表示，长、短虚线分
原始信号为 8 MHz 高斯包络正弦信号，采样率 别代表 CIC滤波器和 64 阶FIR 滤波器的插值效果。
为 50 MHz，选用 3 阶 CIC 滤波器进行 2 倍插值，并 在这四种信号的第一个正向峰值处，原始信号幅值
用 30 阶升幅 FIR 滤波器作为补偿，仿真结果如图 7 为 0.23 V，50 MHz 采样信号幅值为 0.21 V，相对于
所示。这里原始信号最高峰幅值为 1.00 V，调整信 原始信号的误差为 7.66%；CIC 滤波后信号幅值为
号起始相位，在较差的情况下，A/D 获取的最高峰 0.23 V，误差为 0.78%；64阶FIR滤波后信号幅值为
幅值为 0.87 V，相对于原始信号的误差为 12.64%， 0.22 V，误差为4.86%。由此可见CIC滤波器具有良
经 CIC 滤波插值后，最高峰幅值为 0.97 V，相对于 好的幅值恢复插值性能。