64K點(diǎn)FFT芯片設(shè)計(jì)及可測(cè)性研究.pdf

1、快速傅立葉變換（FFT）作為數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的核心算法之一，在數(shù)字信號(hào)處理的各個(gè)領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。目前硬件實(shí)現(xiàn)FFT的方法主要有FPGA、DSP和ASIC三種，它們分別適用于不同的場(chǎng)合。在那些對(duì)速度和實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合（例如雷達(dá)），基于ASIC的硬件實(shí)現(xiàn)方法更具優(yōu)勢(shì)。在FFT專用ASIC設(shè)計(jì)領(lǐng)域我國(guó)受到國(guó)外技術(shù)壁壘的嚴(yán)格限制，因此研制高點(diǎn)數(shù)、高速度、高精度的FFT專用處理芯片具十分重要的意義。 本文在分析了各種常用FFT

2、算法的特點(diǎn)之后，根據(jù)算法硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和模塊復(fù)用性的要求，最終選取基于頻率抽?。―IF）的基-4算法。本文要求FFT運(yùn)算點(diǎn)數(shù)達(dá)到64K（65536），故選用了大點(diǎn)數(shù)分解算法，將64K點(diǎn)FFT運(yùn)算分解為2級(jí)256點(diǎn)FFT運(yùn)算。在對(duì)FFT運(yùn)算的兩種尋址結(jié)構(gòu)（分別為原位尋址和固定尋址）進(jìn)行分析和比較之后，還是根據(jù)算法硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和模塊復(fù)用性的要求決定選取固定尋址結(jié)構(gòu)。 在確定了FFT算法和尋址結(jié)構(gòu)后，對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了分析，確定了各個(gè)

3、模塊的功能和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。使用Verilog對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了RTL編碼，并完成了相應(yīng)的功能仿真。仿真結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在200MHz時(shí)鐘下完成65536點(diǎn)FFT運(yùn)算需要852μs（包括IO操作時(shí)間）。在整個(gè)系統(tǒng)的功能仿真通過(guò)后，使用FPGA開(kāi)發(fā)板對(duì)其進(jìn)行了原型驗(yàn)證。接著根據(jù)本文的指標(biāo)要求，基于TSMC0．18μm工藝的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)，使用Synopsys的Design Compiler對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了邏輯綜合。綜合結(jié)果表明系統(tǒng)滿足時(shí)序要求，

4、可以運(yùn)行于200MHz時(shí)鐘下，電路規(guī)模大概為38萬(wàn)門。并采用PrimeTime和Formality分別對(duì)綜合后的門級(jí)網(wǎng)表進(jìn)行了靜態(tài)時(shí)序分析和形式驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明綜合后的系統(tǒng)在時(shí)序和功能上都滿足要求。最后對(duì)門級(jí)網(wǎng)表按照Astro流程進(jìn)行了后端設(shè)計(jì)，并生成了版圖文件。Astro報(bào)告顯示芯片核面積約為5．85m㎡。 最后本文還對(duì)可測(cè)性設(shè)計(jì)的三種常用方法進(jìn)行了論述，并對(duì)本芯片的可測(cè)性設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，為后面的芯片優(yōu)化提供了一定的基礎(chǔ)