Dsp Chips'te Sabit nokta Arithmetic ile Iir Filtrelerini Uygulama: En İyi Uygulamalar

Mastering Sabit-Point IIR Filtreler DSPs

Sabit sayısal analizin bir kombinasyonunu ve hedef donanımın derin bir anlayışını gerektirir.Döneticileri sabit nokta için sabit noktalı, yüksek hacimli bir şekilde sabitlenmiş olan bir sistem için baskın seçimi kalır.Burçlama sistemleri.Bu, endüstriyel sürücülerde hedefli motor kontrolün kapalı olarak, sabit bir şekilde uygulama yeteneği, yüksek performanslı bir IIR'yi kullanarak sabit bir şekilde uygulama yeteneği, temel bir mühendisliktir.Bu da tüketici kulakbuds'ta aktif gürültü iptali, endüstriyel sürücülerde kontrol edilmesi gereken teknik ölçekler ve hızlar.

IIR Systems'te Sabit-Point Arithmetici'nin temelleri

Neden Sabit-Point Dominates DSP

Sabit nokta işlemcileri, yüz yüzen cihaz veya yüksek kanallı sistemlerden önemli ölçüde daha az silikon alan ve güç tüketiyor.Tek bir 16-bit Multiply-Accumulate (MAC) işlemi, yalnızca tek noktalı bir MAC için gerekli olan mantık kaynaklarının bir kısmını gerektirir.For applications hedeflemek için batarya-güçlü cihazlar veya yüksek kanal hesap sistemleri, bu doğrudan operasyonel yaşamın faturasını azaltır.

Q Format ve Numerical Representation

Sabit nokta sistemleri, decimal noktası lokasyonu sabitlenir.TheurFLT:0]).Q format[Döneticileri daha yüksek hassasiyet için 32 kat daha fazla genişletilebilir. ancak, filtre katları standart kesim formlarının tam tam tersini aşıyor. Örneğin, bir biquad kattan fazla değer katar.

Sabit-Point IIR Filtreleri için kritik Mimari Kararları

Doğrudan Form I vs. Direct Form II

Filtre farkı denkleminin en iyiolojisi, devletlerin doğru ölçeklenemediği tek karardır. Direkt Form II yapısı daha az gecikme hattı kullanır ancak recursive feedback bölümündeki tam filtre kazanç sağlar.Bu, ek olarak sabit olmayan sistemler için daha dayanıklı hale getirir.For direct Form II structure uses less delay pipeline but focussive feedback section (zeros) and forward feedback (poles) ve ileri geri bildirim bölümleri, it nature.For correct-pointing the entire systems, the direct structure[tr)[değiştir | kaynağı değiştir]

Cascaded Biquad Standard

Sabit nokta uygulamaları doğrudan yüksek sipariş (örneğin, 8. sıra) transfer fonksiyonunu tek bir monolithic bölüm olarak anlamalıdır. Filtreleme çiftleri dengelemek için filtreli bir şekilde büyür.En iyi uygulama, transfer fonksiyonunu çiğneyerek ikinci sipariş bölümlere (SOS) veya biquadss) transfer fonksiyonuna ayırarak, yüksek bölmelere katılmalıdır.

Quantization ve Scaling için Zorunlu Uygulama Stratejileri

Coaktif Sayılama ve Pole Placement

İki hassasta tasarlanmış filtre katsayıları hedef sabit nokta kelime uzunluğuna doğrulanmalıdır. Bu ölçüm, ideal kutup konumlarını hareket eder.Görünmüş noktanın frekansını telafi etmek için analog geçiş için mükemmel bir şekilde istikrarlı veya kararsız hale gelebilir.Demeklileştirme mühendisleri sabit nokta çubuğuna ölçmek için gerekli bir adımdır.

İç İşaret Büyümesini Yönetin ve Scaling

IIR filtrelerin recursive doğası, iç node değerlerin bile mütevazı girişlerle büyük büyüyebileceğini ifade eder. Örneğin, yüksek hacimli bir fark: yüksek çözünürlükte 100 veya daha fazla faktörle küçük bir girişini kolaylaştırabilir. aşırı akışı önlemek için, bir giriş ölçeklendirme faktörü (genellikle mantıksal bir değişim sağ) tanıtıldı. Standart DF1 biquad farkı göz önünde bulundurun:

(Allah’a) yemin ederim.

Eğer transfer fonksiyonunun en yüksek kazancı, geri bildirim yolundan geçilmesi için, her bir biquad aşamasının en yüksek katkılarından yararlanarak kendi ölçeklendirme analizini gerektirdiği anlamına gelir.

Geniş Accumulator ve Saturation'ı ele alalım

Çoğu sabit nokta DSP'ler 40 bit veya 56-bit bellek konumuna sahiptir. Bu geniş kayıt, hassas olmayan işlemleri çoğaltmadan elde etmek için çoğaltma sonuçlarını bir araya getirir. 40-bit cumulator sonucu, büyük bir negatif sinyal haline geldiğinde, felaket bozma işlemine geri depolanmalıdır.[2 ).

Gelişmiş Numerical Pitfalls ve Remediation

Sınırlar ve Dead Zones

Sabit nokta IIR filtreler, kelime uzunluğuna uygun olarak kendini gösteren salınımlar sergileyebilir.Bir standart remediasyon bile ölü bir bölgeye uygulanır: giriş ve durum değişkenleri tanımlanmış bir eşiğin altındayken, durum değişkenleri filtrelenir veya sıfıra zorlanır.Bu, tamamen ayarlandığında, küçük rastgele bir sinyalin eklenmesini sağlar.

Yüksek-Q ve Narrow-Band Filtreleri

Narrow-band IIR filtreler yüksek Q faktörlerle olağanüstü hassastır.Denominator katsayılarında küçük bir değişiklik merkezi frekansı veya bant genişliğini önemli ölçüde değiştirebilir.Böyle durumlarda, kullanım için )lattice filtreler[FLT)[Döneticileri[Döneticileri için gerekli olan) daha düşük katsayılar için gerekli olan hassaslığı gösterir.

Doğrulama ve Geçerlilik Yöntemleri

Bit-Real Simülasyon ve Co-Simulation

Simülasyon olmadan sabit nokta uygulamaları güvenmek risklidir. Mühendisler bu simülasyona izin vermek için tam ölçümleme katlarını ve sabit noktalı bir model aracılığıyla, donanıma dağıtmadan önce sabit nokta uygulama araçlarına (MSE) ve üst düzey hata sınırlarına sahip olan modeller.Bu adım, seçilen Q format ve ölçeklendirme faktörlerinin çıktısını karşılaştırmasına izin verir.

Donanım-in-the-Loop (HIL) Test

Filtre hedef DSP'de çalıştırıldığında, doğrulama donanım alanına taşınır. Bilinen test vektörleri - bir birim dürtüsü gibi, kritik frekanslarda sinek dalgalar ve multi-tone sinyalleri - cihazı taklit edilen çıktıya karşı gerçek DAC çıktısını karşılaştırmak için mühendisi. Çıktının Spectral analizi iç saturasyon veya limit döngülerine neden olan harmonik bir parça ortaya çıkarabilir.

Robustness için Birim Testi

Üretim kodu kenar vakaları için birim testleri içermelidir:

[FONT:0)DC istikrar: [Dönder: 1) Sürekli DC değeri bir İndüksiyonu ve çıktının tanımlı sınırlar içinde yer aldığını doğrulayın.

[FONT:0)Maximum amplitütürü dalga:) Geçiş kenarlarında tam ölçekli bir sine dalga uygulayın ve hiçbir saturasyon gerçekleşmez.
[FONT:0)Zero-input kurtarma:) Büyük bir giriş uygulayın ve sonra onu ortadan kaldırmak için zaman ayırın ve sınır döngüleri onaylayın.
[FONT:0)Overflow recovery:[Dönetici:[Dönder:) İndüktöre sahip bir sinyal ve sinyal kaldırıldığında çıktıyı doğrulayın.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

DSP çipleri üzerinde sabit nokta ile IIR filtreleri uygulamak, sabit olmayan bir şekilde talep edilen bir görevdir ve başarılı bir uygulama üç temel alanda dikkatli bir planlama gerektirir: Mimarlık (konosing cascaded biquads over high-order section), ölçeklendirme (managing sinyali sonlu kelime uzunluğu içinde), ve doğrulama (daha iyi bir uygulama için gerekli bir görev).Bu en iyi uygulamalara dikkat gerektirir.