0引言在软件无线电中,A/D高速采样后的中频数字信号,经过数字振荡器、数字乘法器和数字滤波器将所需的中频信号下变频到基带信号[1]。数字滤波器的主要作用是实现抽取前抗混叠和滤除干扰信号。一般的FIR滤波器需要大量的乘法器,且FIR滤波器工作在很高的采样率下,使用资源多、功耗大。因此在数字下变频中采用了一种高效的滤波器CIC滤波器作为第一级滤波器,实现抽取、低通滤波;第二级则采用一般的FIR或半带滤波器。CIC滤波器实现简单,只用加法器、减法器和寄存器就可以有效地执行采样率转换,而且具有较好的抗混叠和抗镜像性能,所以经常被应用于整数倍抽取和内插变换。1CIC滤波器的基本原理1.1单级CICCIC滤波器由积分器、抽取器和微分器组成,积分器都是单极点的IIR滤波器,微分器是对称的FIR滤波器。积分器和微分器的传递函数以及CIC滤波器系统的传递函数分别为:;;(1)单级CIC滤波器的频率响应为:(2)式中,为抽样函数,且Sa(0)=1,所以CIC滤波器在w=0处的幅度值为D,所以CIC的幅频特性如图1所示,称(0~2/D)的区间为CIC滤波器的主瓣,其他区间称为旁瓣。从图中可见随着频率的增大,旁瓣电平不断减小,其中第一旁瓣电平为13.46dB。图1单级CIC滤波器的幅频响应1.2多级CIC单级CIC滤波器的旁瓣电平是比较大的,只比主瓣低13.46dB,这意味着衰减很差,一般是难以满足实际要求的。为了降低旁瓣电平,可以采用多级CIC滤波器级联的办法来解决。Q级CIC滤波器的频率响应为:

(3)1.3CIC关键参数第一旁瓣抑制:;第一旁瓣电平只和Q级联数有关,与抽取级数及采样率无关。在CIC的设计时需要归一化设计。阻带衰减:;b为带宽比例因子,fs为抽取前的采样率,B为信号的有效带宽。为使阻带衰减增大,b应尽可能的小。为了使b尽可能小,在信号带宽B一定的条件下,应尽可能采用小的抽取因子D或增大输入采样率fs,这就意味着CIC抽取滤波器一般用在抽取系统的第一级或者内插系统的最后一级[2]。带内容差:;Q级CIC滤波器的带内容差是单级CIC的Q倍。多级级联虽然能增大阻带衰减,减小混叠影响,但会增大带内容差。所以在设计CIC时在阻带衰减和带内容差之间应折中考虑。2CIC等效设计及溢出问题为了使CIC工作在低采样率下,通常把微分器放在抽取器的后边。这样积分器工作在高采样率下,微分器工作在低采样率下。5级减采样原始结构如图2所示,等效结构如图3所示:图25级减采样原始结构图35级减采样等效结构CIC滤波器的积分器是不稳定系统,如果不采取措施,它们级联后会出现溢出现象。另外,滤波器级数过多还会引起高频失真现象。根据上述图2和图3利用Simulink搭建5级CIC滤波器,抽取倍数为3级。输入信号为单音信号,图2输出信号的时域图、频域图如图4和图5所示。图4原始结构输出时域信号图5原始结构输出信号频谱图图3输出信号的时域图、频域图如图6和图7所示,时域信号随着时间不停累加,频域信号频谱不断提高,所示信号已经不能识别。分析其主要原因是因为累加器的溢出。图6等效结构输出时域信号图7等效结构输出信号频谱图根据文献CIC内核在所有微分和积分器阶段都需要采样精度的扩展。在Q级级联后其CIC滤波器每一级输出所需要的精度[3]:为输入信号的位宽。对于改进后的CIC利用Simulink进行仿真,从频谱上看信号基本上没有失真。3CIC带内容差补偿设计多级级联虽然能增大阻带衰减、减小混叠影响,但会增大带内容差。假设采样率为45.5e6,通带为0.5e6,抽取倍数为14级,采用Matlab自带函

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