فیلتر های ثابت IIR در DSP های جاسازی شده

پیاده سازی پاسخ بی نهایت (IIR) فیلتر در پردازنده های سیگنال دیجیتال ثابت (DSPs) خواستار ترکیبی از تجزیه و تحلیل عددی دقیق و درک عمیق از سخت افزار هدف است، در حالی که ریاضی شناور ساده سازی ریاضیات، نقطه ثابت باقی می ماند انتخاب غالب برای سیستم های پیشرفته، سیستم های ذخیره سازی قدرت آموزش دیده از سر و صدا فعال در حلقه های شستشوی مرکزی نیاز به اجرای ثابت است، و ثابت سیستم های مهندسی، به اجرای ثابت،

بنیادهای Arithmetic در IIR Systems

چرا نقاط ثابت جاسازی شده

پردازنده های نقطه ثابت به طور قابل توجهی کمتر از سیلیکون منطقه و قدرت خود را به نسبت همتایان شناور خود مصرف می کنند.یک واحد ۱۶ بیتی چند منظوره (MAC) عملیات نیاز به یک بخش از منابع منطقی مورد نیاز برای یک نقطه MAC تک ولتاژ شناور است.برای برنامه های هدف قرار دادن دستگاه های باتری یا سیستم های با حساب بالا کانال، این به طور مستقیم کاهش می دهد صورتحساب مواد ثابت (BOM) و زمان قابل پیش بینی برای آنها را به طور قابل پیش بینی چرخه حیاتی.

Q Format و نمایندگی عددی

در سیستم های نقطه ثابت، محل نقطه نقطه تعیین شده ثابت است. Q فرمت مشخص می کند که چه تعداد بیت ها به اندازه ضریب صحیح و جزئی از مقدار صحیح اختصاص داده شده است: شماره Q15 از 16 بیت (1 بیتی، 15 بیت، 15٪ کسر)، که نشان دهنده مقادیر - 1.00 - اغلب به اندازه دقیق کد مقدار صحیح، مقدار کمی بالاتر از مقدار مقدار مقدار مقدار مقدار مقدار مقدار مقدار کمی بالاتر از مقدار صحیح است.

تصمیمات معماری بحرانی برای فیلترهای IIR ثابت

فرم مستقیم I vs. Direct Form II

توپولوژی معادله تفاوت فیلتر تنها مهم ترین تصمیم است که بر عملکرد عددی تأثیر می گذارد. [۱] ساختار مستقیم ۲ از خطوط تاخیر کمتری استفاده می کند، اما افزایش کامل فیلتر در بخش بازخورد بازگشتی را متمرکز می کند.این خطر بالایی از سرریزی داخلی را ایجاد می کند اگر دولت ها به درستی مقیاس نشوند، زیرا گره داخلی می تواند به مراتب فراتر از سیگنال ورودی رشد کند. [F:0 مستقیم]

استاندارد های آبشاری

هیچ پیاده سازی ثابت نقطه ای به طور مستقیم باید یک تابع انتقال با سرعت بالا (به عنوان مثال، سفارش هشتم) را به عنوان یک بخش واحد یکپارچه یکپارچه درک کند. حساسیت ضریب فیلتر برای تعیین کننده به طور چشمگیری با دستور فیلتر بالا رشد می کند.با شکستن تابع انتقال به بخش های تقسیم شده (SOS) یا دودویی [quad] [F] خطای سریع به حداقل رساندن Qju به بخش های پیچیده تقسیم شده است.

استراتژی های پیاده سازی مرکزی برای Quantization و Scaling

اندازه گیری کارآمد و مکان یابی قطب

ضریب های فیلتر طراحی شده در دقت دوگانه باید به طول کلمه ثابت هدف ثابت شده باشد.این معیار مکان های قطب ایده آل را حرکت می دهد. فیلتری که کاملاً پایدار در نقطه شناور است می تواند به حاشیه پایدار یا ناپایدار پس از ضریب سنج شدن درجه بندی ثابت شود. مهندسین باید یک بررسی ثبات پس از اندازه گیری را انجام دهند، تأیید می کند که تمام اندازه های قطب بندی شده به شدت کمتر از 1.0 برابر است تا حد ثابت شده برای تغییر فرکانس شبکه.

مدیریت رشد سیگنال داخلی و مقیاس

ماهیت بازگشتی فیلترهای IIR به این معنی است که ارزش های گره داخلی می توانند بزرگ شوند، حتی با ورودی های کوچک، یک resonator با بالا Q می تواند یک ورودی کوچک را با یک عامل 100 یا بیشتر در حلقه بازخورد خود تقویت کند.

[[ویرایش]

اگر حداکثر بهره گیری از تابع انتقال از به G باشد، سیگنال ورودی باید با (یا یک قدرت تقریبی 2) مقیاس یابد تا هیچ سر و صدا در مسیر بازخورد را تضمین کند.

← سانسور گسترده و تجاوز

اکثر DSP های ثابت دارای یک a 40 بیتی یا 56 بیتی (ccumulator) هستند، این ثبت گسترده نتایج عملیات چند برابر را بدون از دست دادن دقت جمع آوری می کند.چالش زمانی رخ می دهد که هش 40-bit برای ذخیره سیگنال های بزرگ و 32 بیتی حافظه وجود دارد: دو حالت تحریف و بسته بندی (FLT) [0]: حداکثر مقدار زمان بارگذاری یک سیگنال منفی به طور ناگهانی می تواند یک سیگنال بزرگ را در یک سیگنال مثبت ذخیره کند.

پیش بینی های عددی پیشرفته و Remediation

محدودیت چرخه ها و مناطق مرده

فیلترهای ثابت IIR می توانند نوسانات خود را به نام چرخه های محدود حتی با ورودی صفر نشان دهند. چرخه های محدودیت گرانه توسط خطاهای گرد در ضرب بازگشتی ایجاد می شوند، هنگامی که محصول برای تنظیم طول کلمه گرد می آید، خطای گرد می تواند یک اصلاح استاندارد را جمع آوری کند تا یک منطقه مرده را اجرا کند: افزایش ورودی و همچنین یک سیگنال تصادفی را در آستانه حذف کند.

کنترل فیلترهای High-Q و Narrow-Band

فیلترهای IIR با عوامل Q بالا به طور استثنایی به ضریب ضریب ضریب حساس هستند.(تغییر کوچکی در ضریب های مخرج کننده می تواند فرکانس مرکزی یا پهنای باند به طور قابل توجهی تغییر دهد.برای چنین مواردی، استفاده از فیلترهای ضریب دقت 16 (FLT:0lattice Filter یا ساختارهای فضایی (F:2.3، که حساسیت کمتری را در اندازه گیری نسبت به اندازه دو کلمه ای به اندازه ی دو برابر (به طور دقیق تر) فراهم می کند.

روش های تایید و اعتبار

شبیه سازی واقعی Bit-True Simulation و Co-Simulation

اعتماد به یک پیاده سازی ثابت بدون شبیه سازی مخاطره آمیز است. مهندسان باید ضریب دقیق و عملیات محاسباتی نقطه ثابت را از طریق یک مدل کمی درست قبل از استقرار به سخت افزار اجرا کنند. ابزار مانند طراح ثابت MATLAB یا مدل های سفارشی C با اشباع و گرد ذاتی اجازه می دهد تا مقایسه خروجی مدل ثابت نقطه در برابر دقیق مدل مرجع ایده آل (NR) و سیستم عامل های اندازه گیری شده (S) این کد گذاری شده) و سیستم عامل کد گذاری خطا (S) را فراهم می کند.

تست سخت افزار-in-the-Loop (HIL)

هنگامی که فیلتر بر روی هدف اجرا می شود، تأیید DSP به دامنه سخت افزاری حرکت می کند. وارد کردن بردارهای تست شناخته شده - مانند یک محرک واحد، موج های سینوسی را در فرکانس های بحرانی و سیگنال های چند زبانه - اجازه می دهد تا مهندس برای مقایسه خروجی واقعی در برابر خروجی شبیه سازی شده، تجزیه و تحلیل اسپکتیک غیر منتظره ناشی از اشباع داخلی یا محدودیت آن، یک روش تشخیصی داخلی برای اجرای یک حالت میزبان است که تجزیه و تحلیل های کامپیوتری را برای تجزیه و تحلیل های داخلی را برای تجزیه و تحلیل حالت میزبان را برای تجزیه و تحلیل حالت میزبان است.

تست واحد برای تقویت

کد تولید باید شامل تست های واحد برای موارد حاشیه باشد:

  • ثبات: یک مقدار ثابت DC را وارد کنید و خروجی را در محدوده های تعریف شده بررسی کنید.
  • [در این میان] [در این میان]، [[[۱]]] [۱]] [۱]] [۱] [۱]] یک موج کامل گناه را در لبه ی پابند قرار دهید و هیچ گونه اشباعی را تأیید نکنید.
  • [در این باره] [از [و] [به] [و] [از [و]] [به [و]] [و [از این رو] [و]] [به]] [و [از آن]]] [و]]] [و [از [و]]]] [و [از [و]]]] [در [و [به [و]] [و [و]] [و [و [و]] [و] [و [و [و [از [از [و]]]]] [و [و]]] [در [و [و] [در [و] [و [و]]]] [و [در [و] [و [و [و [و [و [در [در [و] [و] [از [از [و] [و]]] [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [از [و]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [و] [از [در [و] [و [و
  • بازیابی جریان: یک سیگنال را که شتاب دهنده و تأیید خروجی به آرامی هنگامی که سیگنال حذف می شود، وارد کنید.

نتیجه گیری

پیاده سازی فیلترهای IIR با محاسبه ثابت نقطه در تراشه های DSP همچنان یک کار ضروری اما ضروری برای مهندسان سیستم های جاسازی شده است. پیاده سازی موفق نیاز به برنامه ریزی دقیق در سه زمینه کلیدی دارد: معماری (انتخاب دو پایه آبشاری بر بخش های سفارش بالا)، مقیاس پذیری سیستم های جاسازی شده در طول مدت کلمه محدود)، و تأیید (استفاده از شبیه سازی کمی واقعی و دقیق تست HIL، بهترین روش های پردازش عددی است که می تواند به طور دقیق پردازش کند، و دقیق، پردازش های پردازش سیگنالی که من می تواند این روش های پردازش های سیگنال را توسعه دهد.IR