Comparative study of several digital filtering architectures. Application to very large band signals and to the ALMA Project
Etude comparative de diverses structures de filtres numériques : application aux signaux à très large bande et au corrélateur ALMA
Résumé
The ALMA (Acatama Large Millimeter Array) project is a large interferometric array for radioastronomy at millimeter and submillimiter wavelengths. The astronomical signal detection is performed by digital electronic systems implementing signal pprocessing algorithms (filtering system, correlation). The main characteristics of the digitized signal are: broad input nband (2 GHz) with rapid spectral variations, random nature, few quantization levels. Massive parallel architectures are required by the broad band signal for signal processing, especially for the digital filtering system. The latter is at the heart of the correlation versatility and performances because it offers high spectral resolutions for different observing modes. The principal goal of this study is to optimize the power consumption of the FPGAs used for digital filtering, and to review the various possible structures leading to broad band filtering. A multistage structure based on a CIC filter with a demultiplexed architecture has been selected by the ALMA project.
Le projet ALMA (Atacama Large Millimeter Array) vise à construire un grand réseau interférométrique pour la radioastronomie en onde millimétrique et sub-millimétrique. La détection du signal astronomique est réalisée par des systèmes d'électronique numérique qui intègrent des algorithmes de traitement du signal (filtrage, corrélation). Les caractéristiques principales du signal numérisé sont : très large bande (2GHz) mais présentant des variations spectrales fines, de nature aléatoire, avec quantification sur peu de niveaux. La largeur de bande requiert des architectures massivement parallèles pour le traitement du signal notamment pour le sous-système de filtrage numérique. Celui-ci est au coeur de la souplesse et des performances du corrélateur, offrant de hautes résolutions spectrales dans divers modes d'observation. Le but principal de cette étude est d'optimiser la consommation des FPGAs utilisés pour le filtrage numérique, et de recenser les diverses structures possibles amenant au filtrage de larges bandes. Une structure multi-étages basée sur l'utilisation d'un filtre CIC à entrée démultiplexée a été retenue par le projet ALMA.