基于自适应FIR滤波器的抗干扰ASIC设计

张 琦

（中国电子科技集团公司第二十研究所 陕西 西安 710068）

1 自适应滤波器原理

自适应滤波器是一种能自我调节的数字滤波器。它能根据输入信号的变化相应变化，能够根据输入信号的不同产生不同的输出值，再将输出与理想信号相比较，采用某种判据在检测中不断的递归更新权系数值，以逐步逼近某一最优处理结果。本文采用的自适应滤波器是利用维纳滤波器横向结构FIR实现自适应滤波的，利用测量值给K个抽头的横向滤波器自适应地配上抽头系数，这些权值使输出误差最小。其数学模型如下：

其中 x(n)为自适应滤波器的输入，w(n)为自适应滤波器加权值，y(n)为自适应滤波器的输出。

2 基于LMS自适应算法的FIR滤波器设计及仿真

最常用的自适应算法是最小均方误差算法，即LMS算法。LMS算法是一种易于实现、性能稳定、应用广泛的算法。LMS算法的目标是通过调整系数，使输出误差序列的均方值最小化并且根据这个判据来修改权系数。

图1 LMS自适应FIR滤波器算法实现框图

权系数的迭代公式为：

下图给出了采用此种方法对窄带干扰的自适应滤波的仿真结果。

图2 抗干扰处理前后信号频谱比对

信噪比为-20dB，信干比为-40dB。图2给出了抗干扰处理前信号频谱和经抗时域干扰处理后的信号频谱，在载波频率上有较强的单频干扰。经滤波后可见明显的滤波效果。

3 抗干扰芯片的ASIC实现

图3 物理综合结果

图4 静态时序分析结果

基于此算法可设计针对窄带干扰的抗干扰芯片。VLSI实现采用Top2Down的设计方法,对系统整体和各模块用Verilog硬件描述语言设计。用ModelSim软件仿真,并在Altera StratixII器件EP3C120C3上通过FPGA功能验证。采用SMIC0.18μm CMOS标准单元库进行电路综合实现,6层金属布线,综合优化结果表明,该电路规模为200万门。逻辑综合和静态时序分析应用前文介绍的综合与约束策略,使用工具DC和PrimeTime成功完成了物理综合并验证了芯片时序。图2和图3是综合和时序分析的结果，可以看出路径时间余量为正值,满足时序分析要求。

图5 ASIC芯片物理版图

4 结语

通过MATLAB软件仿真的结果验证了采用LMS自适应滤波算法对窄带干扰抑制效果明显。且相对于传统的傅立叶变换等方式，在ASIC实现上可在相同频率得到更小的面积，更利于工程设计，现在该芯片已经成功流片。

［1］[英]Paulo S.R.Diniz电子工业出版社 第二版,48-50.

［2］BHATNAGAR H.Advanced ASIC chip synthesis using synopsys design compiler and primetime(second edition)[M].Dordrecht:Kluwer Academic Publishers,2002:2612265.

［3］Synopsys.Primetime user guide(Fundamentals)[K].Synopsys Online Documentation,2003,1:13217.

［4］Synopsys.DesignComplier user guide(Fundamentals)[K].Synopsys Online Documentation,2003,1:13219.