2025年信号处理硬件实现测试试题及答案

2025年信号处理硬件实现测试试题及答案考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：2025年信号处理硬件实现测试试题及答案考核对象：电子信息工程、通信工程及相关专业中等级别学生或从业者题型分值分布：-判断题（10题，每题2分）总分20分-单选题（10题，每题2分）总分20分-多选题（10题，每题2分）总分20分-案例分析（3题，每题6分）总分18分-论述题（2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）1.数字信号处理器（DSP）的核心架构通常采用哈佛结构，以提高指令和数据的并行处理能力。2.FIR滤波器的系数对称性与其线性相位特性无关。3.FPGA通过查找表（LUT）实现逻辑运算，其资源利用率与硬件实现复杂度成正比。4.信号采样频率必须大于奈奎斯特频率才能避免混叠失真。5.ADC的量化误差属于随机噪声，可通过增加量化位数来完全消除。6.信号处理中的流水线技术主要用于提高CPU的时钟频率。7.硬件描述语言（HDL）如VHDL和Verilog主要用于模拟电路设计，不适用于数字信号处理。8.信号滤波器的设计中，过渡带宽度越宽，滤波器阶数越低。9.信号同步时钟域交叉（CDC）问题仅出现在多时钟域系统中。10.信号处理硬件加速器通常采用专用硬件逻辑而非通用处理器。二、单选题（每题2分，共20分）1.以下哪种信号处理架构最适合实时信号处理任务？A.基于CPU的软件实现B.基于GPU的并行计算C.基于DSP的专用处理D.基于FPGA的可编程逻辑2.在固定点信号处理中，以下哪种量化方式会导致最少的量化误差？A.舍入量化B.切断量化C.误差反馈量化D.均匀量化3.以下哪种滤波器结构具有严格的线性相位特性？A.IIR滤波器B.FIR滤波器C.升采样滤波器D.降采样滤波器4.以下哪种技术可以有效减少ADC的功耗？A.过采样技术B.串行转换技术C.并行转换技术D.逐次逼近技术5.以下哪种信号处理算法最适合在FPGA上实现？A.神经网络B.Kalman滤波C.DFT变换D.信号压缩6.以下哪种信号处理架构最适合多通道信号并行处理？A.单核处理器B.多核处理器C.FPGAD.ASIC7.以下哪种信号处理技术主要用于消除信号中的高频噪声？A.信号采样B.信号滤波C.信号编码D.信号调制8.以下哪种信号处理架构最适合低功耗应用？A.基于CPU的软件实现B.基于DSP的专用处理C.基于FPGA的可编程逻辑D.基于ASIC的专用芯片9.以下哪种信号处理技术主要用于提高信号的信噪比？A.信号放大B.信号滤波C.信号编码D.信号调制10.以下哪种信号处理架构最适合实时信号传输？A.基于CPU的软件实现B.基于GPU的并行计算C.基于DSP的专用处理D.基于FPGA的可编程逻辑三、多选题（每题2分，共20分）1.以下哪些因素会影响信号处理硬件的实时性？A.信号采样频率B.滤波器阶数C.硬件并行处理能力D.软件算法复杂度2.以下哪些技术可以提高ADC的分辨率？A.过采样技术B.滤波器设计C.量化位数增加D.误差反馈技术3.以下哪些信号处理算法适合在FPGA上实现？A.DFT变换B.FIR滤波C.Kalman滤波D.神经网络4.以下哪些信号处理架构适合低功耗应用？A.基于CPU的软件实现B.基于DSP的专用处理C.基于FPGA的可编程逻辑D.基于ASIC的专用芯片5.以下哪些信号处理技术主要用于消除信号中的混叠失真？A.信号采样B.信号滤波C.信号编码D.信号调制6.以下哪些因素会影响信号处理硬件的资源利用率？A.信号处理算法复杂度B.硬件并行处理能力C.软件优化程度D.硬件架构设计7.以下哪些信号处理技术主要用于提高信号的抗干扰能力？A.信号放大B.信号滤波C.信号编码D.信号调制8.以下哪些信号处理架构适合多通道信号并行处理？A.单核处理器B.多核处理器C.FPGAD.ASIC9.以下哪些信号处理技术主要用于提高信号的信噪比？A.信号放大B.信号滤波C.信号编码D.信号调制10.以下哪些信号处理架构适合实时信号传输？A.基于CPU的软件实现B.基于GPU的并行计算C.基于DSP的专用处理D.基于FPGA的可编程逻辑四、案例分析（每题6分，共18分）1.案例背景：某通信系统需要设计一个低通滤波器，要求截止频率为1kHz，采样频率为10kHz。假设采用FIR滤波器实现，请回答以下问题：（1）计算滤波器的最小阶数；（2）设计一个线性相位FIR滤波器，并给出其系数计算方法；（3）简述该滤波器在FPGA实现时的关键考虑因素。2.案例背景：某雷达系统需要设计一个ADC电路，要求采样频率为100MHz，分辨率不低于12位。假设采用过采样技术，请回答以下问题：（1）计算奈奎斯特频率；（2）设计一个过采样ADC电路，并简述其工作原理；（3）简述该ADC电路在FPGA实现时的关键考虑因素。3.案例背景：某信号处理系统需要设计一个多通道信号同步电路，假设有4个输入通道，每个通道的采样频率为1GHz，请回答以下问题：（1）简述信号同步时钟域交叉（CDC）问题及其解决方案；（2）设计一个CDC电路，并简述其工作原理；（3）简述该CDC电路在FPGA实现时的关键考虑因素。五、论述题（每题11分，共22分）1.论述题：请论述FPGA在信号处理硬件实现中的优势与局限性，并举例说明其在实际应用中的典型场景。2.论述题：请论述信号处理硬件加速器的设计流程，并分析其在性能、功耗和成本方面的权衡。---标准答案及解析一、判断题1.√2.×（FIR滤波器的系数对称性与其线性相位特性直接相关）3.√4.√5.×（量化误差属于随机噪声，但增加量化位数只能部分减小误差）6.×（流水线技术主要用于提高指令执行效率，而非时钟频率）7.×（HDL主要用于数字电路设计，包括信号处理算法的硬件实现）8.√9.×（CDC问题不仅出现在多时钟域系统，也可能出现在单时钟域系统中的异步信号）10.√二、单选题1.D2.A3.B4.A5.C6.C7.B8.C9.B10.D三、多选题1.A,B,C2.A,C3.A,B,D4.B,C,D5.A,B6.A,B,D7.B,C8.C,D9.B,C10.C,D四、案例分析1.案例1：（1）最小阶数计算：根据公式\(N\geq\frac{\pi}{\Delta\omega}\)，其中\(\Delta\omega=\frac{2\pi\cdot(f_s-f_c)}{f_s}=\frac{2\pi\cdot(10kHz-1kHz)}{10kHz}=0.18\pi\)，则\(N\geq\frac{\pi}{0.18\pi}\approx5.56\)，取整为6阶。（2）线性相位FIR滤波器系数计算：采用窗函数法，例如汉明窗，系数计算公式为\(h(n)=\sin(2\pif_cnT_s)\cdotw(n)\)，其中\(w(n)\)为窗函数。（3）关键考虑因素：资源利用率、时序约束、滤波器系数精度。2.案例2：（1）奈奎斯特频率：\(f_N=\frac{f_s}{2}=\frac{100MHz}{2}=50MHz\)。（2）过采样ADC电路：采用过采样技术可以提高分辨率，例如采用Σ-Δ调制器，其工作原理是通过过采样和噪声整形将量化噪声推向高频，再通过数字滤波器滤除。（3）关键考虑因素：噪声整形性能、滤波器设计、功耗控制。3.案例3：（1）CDC问题及其解决方案：CDC问题是指在不同时钟域之间传输信号时可能出现的时序问题，解决方案包括同步器、寄存器插入等。（2）CDC电路设计：采用同步器电路，例如两级触发器同步器，工作原理是将异步信号通过两级触发器转换为同步信号。（3）关键考虑因素