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第 37 卷 第 6 期            周文佳等: 级联积分梳状滤波器在超声检测系统中的应用                                          865


                 0.20                                          等资源方面的占用量相近,但 CIC 滤波器占用了更
                                                  .)[᧔ನηՂ
                                               $*$໚ฉ஍౧
                                               '*3໚ฉ஍౧         少的 DSP 单元 (包括乘法器、寄存器、门等) 和 LU-
                 0.10                          ԔݽηՂ            TRAM单元,分别降低了50.03%和61.96%,这对于
                ૝ࣨ/V  0                                        资源量有限的复杂并行超声系统具有重要意义。

                -0.10
                                                               5 结论
                -0.20
                    0     0.2    0.4    0.6    0.8    1.0          本文叙述了插值基本原理、CIC 滤波器的结构
                                  ௑ᫎ/10 -6  s
                                                               与频谱分析及补偿 FIR 滤波器的设计方法和补偿
                                 (a) ໚ฉ஍౧
                                                               效果,通过仿真和实验验证了其滤波插值幅值恢复
                 0.25
                                                  .)[᧔ನηՂ      的良好效果,证明了基于 FPGA的CIC插值滤波器
                                               $*$໚ฉ஍౧
                 0.20                          '*3໚ฉ஍౧         设计架构的正确性和实用性。这种滤波器结构简单,
                                               ԔݽηՂ
                ૝ࣨ/V  0.15                                     参数少,能够节约硬件资源,大大减少了计算量,在
                                                               工程上易于实现,对于提高超声检测成像的实时性
                 0.10
                                                               具有重要意义。
                 0.05
                    2.0  2.5  3.0  3.5  4.0  4.5  5.0  5.5  6.0  6.5
                                  ௑ᫎ/10 -7  s                                 参 考 文        献
                                 (b) ࡍᦊஊܸ
                                                                 [1] 曹淑琴, 赵新超, 袁开国, 等. 基于 FPGA 的超声波信号处理
                     图 8  CIC 滤波器插值效果的实验波形
                                                                   设计与实现 [J]. 电子技术应用, 2010, 36(5): 104–108.
                Fig. 8 Experimental result of interpolation effect
                                                                   Cao Shuqin, Zhao Xinchao, Yuan Kaiguo, et al. Design
                of CIC filter                                       and implementation of ultrasonic processing scheme based
             4.3 资源占用率分析                                           on FPGA[J]. Application of Electronic Technique, 2010,
                                                                   36(5): 104–108.
                 FPGA 中的计算时间严格遵循用户设定的时                           [2] 鲍晓宇, 施克仁, 洪玉萍. 超声信号处理系统中 FPGA 的动态
             钟周期,在本次实验中 CIC 模块和 FIR 模块的输入                          重构 [J]. 微电子学与计算机, 2003, 20(7): 5–7.
                                                                   Bao Xiaoyu, Shi Keren, Hong Yuping. Dynamic reconfig-
             时钟均为 50 MHz,64 阶 FIR 滤波器比 3 级 CIC 滤
                                                                   uration of FPGA in ultrasonic signal processing system[J].
             波器(含30阶FIR补偿滤波器)慢了31个时钟周期,                            Microelectronics & Computer, 2003, 20(7): 5–7.
             即0.62 µs。                                           [3] 毛捷, 郭成彬. 插值滤波器在全数字超声探伤仪中的应用 [J].
                                                                   无损检测, 1996, 18(9): 241–243, 261.
                 系统整体资源占用量如表1所示。相比于64阶
                                                                   Mao Jie, Guo Chengbin. Application of interpolator to
             FIR 滤波器,CIC 滤波器在查找表 LUT、触发器 FF                        numerical ultrasonic flaw detector [J]. NDT, 1996, 18(9):
                                                                   241–243, 261.
                    表 1   两种滤波器的系统资源占用量                          [4] 王秀芬, 郭成彬, 黄振俨. 插值数字滤波技术在超声检测仪中
                                                                   的应用 [J]. 应用声学, 1997, 16(5): 39–41.
                Table 1 System resource occupancy rate
                                                                   Wang Xiufen, Guo Chengbin, Huang Zhenyan. Applica-
                using two filters
                                                                   tion of digital filtering to ultrasonic inspection[J]. Journal
                                                                   of Applied Acoustics, 1997, 16(5): 39–41.
                                   CIC 滤波器     FIR 滤波器
                      资源                                         [5] 李杏华, 江尚良, 刘全利, 等. 高精度波束形成的相控阵超声
                                   占用量/%       占用量/%
                                                                   系统研究 [J]. 传感技术学报, 2017, 30(3): 471–476.
                   LUT 查找表           11.46       11.40             Li Xinghua, Jiang Shangliang, Liu Quanli, et al. Research
                    LUTRAM           3.64        9.57              on phased array ultrasonic system with high-precision
                    FF 触发器           8.29        7.95              beamforming[J]. Chinese Journal of Sensors and Actua-
                   Block RAM         62.38       62.38             tors, 2017, 30(3): 471–476.
                      DSP            9.44        18.89           [6] 尹子骞, 秦云, 骆英, 等. 基于多级 CIC 滤波器的相控阵延时
                     IO 接口           35.44       35.44             算法设计 [J]. 信息技术, 2018(1): 1–4, 9.
                                                                   Yin Ziqian, Qin Yun, Luo Ying, et al. The time delay of
                 BUFG 全局时钟线          31.25       31.25
                                                                   ultrasonic phased array based on multistage CIC filter[J].
                 MMCM 时钟管理器          50.00       50.00
                                                                   Information Technology, 2018(1): 1–4, 9.
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