一种具有自动纠错功能的FIR滤波器研究

作者:凌云志 刊名:电子设计工程 上传者:邹驺

【摘要】提出了一种有效实现自动纠错功能FIR数字滤波器技术,该技术采用2种不同架构的标准滤波器通过并行操作来完成。任一滤波器软错误的发生就会引起两个滤波器输出不匹配,达到检测错误的目的,增强了传统滤波器对差错检测和差错纠正的支持。最后对该滤波器地性能进行评估,该滤波器性能良好,纠错率接近100%,可广泛运用在各种信号处理中。

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信号处理电路被广泛应用于通信、数据存储、音频处理和视频处理之中。这些电路中的大部分具有规则的结构并且具有有效的差错保护功能。FIR滤波器是最常用的信号处理电路,其差错保护已被广泛的研究[1]。文中提出具有自动纠错功能的FIR滤波器利用设计的差异性对执行中的不同的模块进行差错保护。利用设计的差异性来检测和纠正单个模块中的单个软错误。具有自动纠错功能的FIR滤波器使用两个标准滤波器来实现,但具有不同的结构。当任一滤波器发生软错误时,这两个标准滤波器的输出就会不匹配。滤波器的设计使得其能在输出端产生不同的差错类型。差错检测电路对滤波器的输出进行比较,并对每一个不匹配之处进行标记。差错检测电路根据失配模式来确定哪一个滤波器出现了差错。然后选择无差错滤波器的输出作为差错保护系统最终输出。1技术原理具有自动纠错功能的FIR滤波器总体架构如图1所示,该系统的组成包括滤波器的两个执行过程(即倒序直列形式FIR滤波器和混合倒置层叠FIR滤波器)、差错检测和复制层叠。1)倒序直列形式FIR滤波器倒序直列形式FIR滤波器传输依照公式(1)[2]:y[n]=N-1i=0x[n-i]h[i](1)其中,x[n]是输入信号,y[n]是输出信号,h[n]滤波器单位脉冲响应。脉冲响应的非零值都介于0和N-1之间。2)倒置层叠结构FIR滤波器倒置层叠结构FIR滤波器的传输函数可以表示为式(2)[2]:y[n]=2j=0(L-2i=0x[n-j-1-i]b1[i]b2[j])(2)这2种滤波器结构如果选取合适的b1[i]和b2[j]的值,功能上是等效的。图1具有自动纠错功能的FIR滤波器总体架构Fig.1CollectivityofanautoerrorcorrectionFIRfilter差错检测具体实现如图4所示。3性能评估1)滤波性能估计采用滚降系数=0.22,滤波器的工作速率等于4倍的码元宽度时根升余弦滤波器进行了分析,它的冲激响应和幅频特性如图5所示[3]。2)保护的有效性为了评估所提技术的有效性进行评估,采用ModelSim对系统进行仿真[5],并采用单事件扰乱仿真工具SingleEventUpsetSimulationTool)对系统进行差错插入。输入为-0.5~0.5之间的随机信号。以足够低的速率对系统进行差错插入,以确保在下一个差错插入前电路处于无差错状态。每个差错影响一个寄存位或单个组合节点。当针对电路个别组件的故障活动(campaigns)发生时,错图6系统整体输出误码Fig.6Errorbitofsystemintegrateoutput图5根升余弦滤波器仿真结果Fig.5Emulateresultofrootcosinefilter图4差错检测和差错纠正逻辑图Fig.4Positivelogicfigureoferrorcheckandcorrect3)复制层叠该单元主要目的是将倒置层叠结构FIR滤波器的最终输出的同时,进行复制保存,为差错检测单元检测倒置层叠结构FIR滤波器是否出现错误使用。4)差错检测差错检测逻辑对倒序和层叠滤波器的输出进行比较,根据上文可知倒序滤波器中的错误只会造成一个滤波输出错误。如果如错误发生在层叠式滤波器非最后一节的任一块中,就会导致多个连续的错误输出。因此,纠错逻辑会在滤波器的输出之中检查出多个连续的不匹配。如果有多于一个的不匹配,那么错误肯定发生在层叠滤波器之中;如果只有单个的不匹配,那么错误可能发生在倒序滤波器中,也可能发生在层叠滤波器的最后一节中。把层叠滤波器的输出和(从最后一节)复制的输出进行对比,如果它们不同,那么差

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