基于DSP Builder的回波抵消器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2 FPGA硬件設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)選用FPGA是Altera公司Cyclone系列的EPlCl2Q240C8。FPGA中I／O端口可自由定義，電路設(shè)計(jì)方便、編程靈活、不易受外部干擾。系統(tǒng)編譯環(huán)境采用QuartusⅡ，頂層設(shè)計(jì)為圖形化方式。芯片模塊劃分為分頻模塊、D／A轉(zhuǎn)換模塊和回波抵消器模塊。分頻模塊采用VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，D／A轉(zhuǎn)換模塊采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，同波抵消器模塊用DSPBuilder軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2．1 分頻模塊設(shè)計(jì)
分頻模塊是將外部時(shí)鐘進(jìn)行分頻設(shè)定，得到系統(tǒng)內(nèi)部DA模塊和回波抵消器模塊所需要的時(shí)鐘。分頻模塊的外部時(shí)鐘輸入頻率為50 MHz，8分頻后產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率約為6 MHz。
2．2 回波抵消器模塊設(shè)計(jì)
該部分采用層次化的設(shè)計(jì)方法。利用DSP Builder模塊構(gòu)建自適應(yīng)算法部分，根據(jù)LMS算法迭代公式(4)和濾波器的估計(jì)輸出式(2)，建立加權(quán)分量模型。如圖2(a)所示。

在圖2(a)中，第i個(gè)延時(shí)單元的輸入信號(hào)為x(n)，延時(shí)后的輸出信號(hào)為x(n-1)，同時(shí)輸入信號(hào)x(n)產(chǎn)生一個(gè)乘積y’(n)=ω(n)x(n)，由于是濾波器的估計(jì)輸出是一系列權(quán)值分量與輸入矢量的各分量乘積之和。因此，除第一級(jí)外，后續(xù)單元必須加上前一級(jí)的加權(quán)單元的輸出。封裝后，則可以根據(jù)濾波器階數(shù)的不同而相應(yīng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)多級(jí)級(jí)聯(lián)。尤其是在構(gòu)造階數(shù)可變和階數(shù)較大的濾波器時(shí)更能顯出其靈活性。然后將封裝后的加權(quán)分量單元依照階數(shù)級(jí)聯(lián)，并再次封裝即構(gòu)成抵消器模塊。可運(yùn)用于頂層模型中。
在頂層系統(tǒng)模型中連接各子模塊，如圖2(b)所示，圖中兩個(gè)信號(hào)源sin2，sin1采用正弦信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)，利用正弦查找表產(chǎn)生正弦波數(shù)據(jù)，函數(shù)調(diào)用格式為lOsin([0：2π／2∧4：2π])和5sin[0：2π／2∧6：2π]，其輸入地址分別為4位和6位，輸出為16位。Dixiaoqi模塊由圖2(a)級(jí)聯(lián)封裝得到，模塊Parallel to serial為并行／串行轉(zhuǎn)換器。
設(shè)計(jì)中，因語(yǔ)音信號(hào)頻率可以看作約為3．4 kHz，所以信號(hào)采樣頻率設(shè)為8 kHz，假設(shè)回波延遲2．5 ms(小于回波對(duì)聽(tīng)覺(jué)產(chǎn)生干擾的范圍20 ms)，考慮收斂速度和實(shí)現(xiàn)情況，步長(zhǎng)采用0．1，計(jì)算得出濾波器階數(shù)20。
2．3 D／A轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)
利用Texas Instruments公司的D／A芯片TLC5620，并輔助使用4輸入與門SN74HC08M和運(yùn)算放大器LM358AM，構(gòu)建數(shù)模轉(zhuǎn)換器。TLC5620是8位電壓輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，需5V外接電壓，有4個(gè)輸出端口可以選擇。利用擴(kuò)展插槽與FPGA連接，信號(hào)接119腳，時(shí)鐘由所編程序在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)73腳與TLC5620連接，控制信號(hào)通過(guò)63腳連接TLC5620。

3 DSP Builder仿真和FPGA驗(yàn)證
通過(guò)Simulink仿真得到波形，如圖3(a)所示，圖中第一行為返回A聽(tīng)筒的誤差e信號(hào)波形，第二行為輸入話筒的所有信號(hào)，即B信號(hào)與回波信號(hào)之和。由變化的波形可以看出，隨著自適應(yīng)濾波器的“學(xué)習(xí)”過(guò)程，回波逐漸被抵消。

利用ModelSim針對(duì)生成的RTL級(jí)VHDL代碼進(jìn)行功能仿真，設(shè)置信號(hào)為模擬形式，如圖3(b)所示，圖中為減去回波后的誤差信號(hào)，與Simu-link仿真結(jié)果一致。
使用ModelSim完成RTL級(jí)功能仿真，其仿真結(jié)果并不能精確反映電路的全部硬件特性，進(jìn)行門級(jí)的時(shí)序仿真仍然十分重要。在Quartus Ⅱ下編譯后進(jìn)行時(shí)序仿真，其仿真波形，如圖3(c)所示。