VHDLを用いた微分回路の記述

Question

デジタル微分回路の実現

FPGA初学者です。
現在、FPGAを用いてロックイン検出用の回路を作成しています。

使用しているデバイス：AlazarTech社のATS9626
搭載されているFPGA：Altera (現Intel) Stratix III
開発環境：Quartus II v13.0
使用言語：VHDL

です。

検出するターゲットとなる信号は大体10MHzなどで変調されています。復調のために外部から変調周波数と同じ周波数をもつTTL信号を取り込み、同相成分と直交成分を作ります。先行文献（下記）では、この際、TTL信号を二手に分けて、その片方を微分することで９０度位相のずれた二つの信号を作っているのですが、このような微分回路はデジタル回路ではどのように実装されるべきでしょうか。
あるいはAltera (Intel) IP Coreなどで微分回路が提供されているでしょうか。

シグナル処理やFPGA、デジタル回路などお詳しい方がおりましたらよろしくお願い致します。

参考にしている文献：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4385102/

Answer 1

参考文献を流し読みすると

参照信号(1bit幅)を適当なビット幅に拡張し、矩形波を生成。
生成した矩形波をおおよその変調周波数を中心に持つバンドパスIIRフィルタに通して同相成分を得る。
同相を微分して(同相と同相の1クロック遅延を引き算)して直交成分を得ています。

そして大変重要なことですが、理論検証をいきなりFPGAでやると
いちいち論理合成やって実験してで、時間がみるみる死んでいきます。

まずMatlabでもScilabでもC言語でもPythonでも
とにかくPCでシミュレーションしてアルゴリズムが合っているか検証してから実装しましょう。

Answer 2

雰囲気からして、研究室の課題っぽいですね。ヒントのみさしあげます。

微分の処理したいときにIPコアは使わないですね。
微分の定義に立ち返って考えるとわかりやすいですが
一定間隔でサンプリングした信号同士の差分が微分です。

Comments

[退会済みユーザー]

ご回答ありがとうございます。

位相シフトという文脈でしらべてみると、ヒルベルト変換器というものに行き当たりました。
これはFIRフィルターのIPをもちいて実装できそうです。また、遅延量同士の演算でしょうから結局は差分をとっているのと同じことになるのかと思いましたがどうでしょうか。
あるいは、単に一つ前の量との差分をとるだけであればFIRフィルターを用いるまでもないでしょうか。

もしよろしければアドバイスをいただけると幸いです。