fpga实现小波重构中的数据二插值

Question

比如有一个信号，他的采样频率为25mhz即每40ns一个数据，我现在要在信号中间每隔一个数据插入一个0值，也就是让信号数量扩充为原来的两倍，最后的输出信号每20nns一个数据。用fpga实现

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

要实现在FPGA中对信号进行二插值处理，即在每个原始样本之间插入一个零值，可以采用基于状态机的设计方法。以下是一种可能的实现方案：

设计概述

1. 时钟与计数器: 使用输入时钟(25MHz)驱动一个计数器，用于产生控制信号。
2. 状态机: 设计一个简单的状态机来控制数据的读取和插入操作。
3. 数据路径: 包括数据输入、数据缓存、数据输出以及零值插入逻辑。

状态机设计

状态机可以分为两个主要状态：WAIT 和 INSERT。

• WAIT 状态: 在这个状态下，等待下一个有效数据输入，并将其输出。
• INSERT 状态: 在这个状态下，插入一个零值到输出流。

VHDL代码示例

下面是一个基本的VHDL代码示例，用于展示如何在FPGA上实现上述功能：

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

entity Interpolator is
    Port ( clk : in  STD_LOGIC;
           rst : in  STD_LOGIC;
           data_in : in  STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
           data_out : out  STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0));
end Interpolator;

architecture Behavioral of Interpolator is
    type StateType is (WAIT, INSERT);
    signal currentState, nextState : StateType := WAIT;
    signal counter : integer range 0 to 1 := 0;
begin
    -- Clock process
    process(clk, rst)
    begin
        if rst = '1' then
            currentState <= WAIT;
            counter <= 0;
        elsif rising_edge(clk) then
            currentState <= nextState;
            if currentState = INSERT then
                counter <= 0;
            else
                counter <= counter + 1;
            end if;
        end if;
    end process;

    -- State transition logic
    process(currentState, data_in)
    begin
        case currentState is
            when WAIT =>
                if counter = 1 then
                    nextState <= INSERT;
                else
                    nextState <= WAIT;
                end if;
            when INSERT =>
                nextState <= WAIT;
        end case;
    end process;

    -- Output logic
    process(currentState, data_in)
    begin
        case currentState is
            when WAIT =>
                data_out <= data_in;
            when INSERT =>
                data_out <= (others => '0'); -- Insert zero value
        end case;
    end process;
end Behavioral;

说明

• 此代码示例使用了标准的VHDL语法。
• 状态机在WAIT状态下输出输入数据，在INSERT状态下输出零值。
• 计数器用于确保在每个有效数据之后插入零值。

结论

通过以上代码和设计思路，可以在FPGA中实现对输入信号的二插值处理，即在每个样本之间插入一个零值，从而将数据速率加倍。这适用于需要进行信号处理和重构的应用场景。