123,123,123

內(nèi)容簡(jiǎn)介

　　這是一本深入解讀基礎(chǔ)算法及其電路設(shè)計(jì)，以打通算法研發(fā)到數(shù)字IC設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)屏障，以及指導(dǎo)芯片設(shè)計(jì)工程師從底層掌握復(fù)雜電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法為目標(biāo)的專業(yè)技術(shù)書(shū)。任何芯片（如WiFi芯片、5G芯片、AI芯片、多媒體處理芯片等）都是由四則運(yùn)算器、濾波器、特殊信號(hào)發(fā)生器等基本算法電路構(gòu)成的，熟練掌握這些基本算法電路是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法電路的基礎(chǔ)。忽視基本算法及其電路設(shè)計(jì)而談?wù)搹?fù)雜算法電路，無(wú)異于癡人說(shuō)夢(mèng)。本書(shū)力求從算法、芯片設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)等多個(gè)角度解讀基礎(chǔ)算法電路的設(shè)計(jì)，涵蓋了溢出保護(hù)、有符號(hào)運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、位寬確定等運(yùn)算電路基礎(chǔ)知識(shí)，以及除法器、信號(hào)發(fā)生器、濾波器、小數(shù)分頻器等常用基本算法電路的Matlab建模和RTL設(shè)計(jì)，可幫助數(shù)字IC設(shè)計(jì)者掌握常用算法設(shè)計(jì)思路、工具和流程，從根本上提高設(shè)計(jì)基本算法電路和復(fù)雜算法電路的能力。本書(shū)共分為12章。第1 ~ 2章介紹算法和芯片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括算法與芯片設(shè)計(jì)的關(guān)系，芯片設(shè)計(jì)人員掌握算法知識(shí)的必要性，以及位寬確定、有符號(hào)數(shù)處理、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、溢出保護(hù)和四舍五入等算法的實(shí)現(xiàn)。第3 ~ 11章重點(diǎn)介紹各種典型基本算法的電路設(shè)計(jì)，其中包括任何數(shù)字內(nèi)容簡(jiǎn)介這是一本深入解讀基礎(chǔ)算法及其電路設(shè)計(jì)，以打通算法研發(fā)到數(shù)字IC設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)屏障，以及指導(dǎo)芯片設(shè)計(jì)工程師從底層掌握復(fù)雜電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法為目標(biāo)的專業(yè)技術(shù)書(shū)。任何芯片（如WiFi芯片、5G芯片、AI芯片、多媒體處理芯片等）都是由四則運(yùn)算器、濾波器、特殊信號(hào)發(fā)生器等基本算法電路構(gòu)成的，熟練掌握這些基本算法電路是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法電路的基礎(chǔ)。忽視基本算法及其電路設(shè)計(jì)而談?wù)搹?fù)雜算法電路，無(wú)異于癡人說(shuō)夢(mèng)。本書(shū)力求從算法、芯片設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)等多個(gè)角度解讀基礎(chǔ)算法電路的設(shè)計(jì)，涵蓋了溢出保護(hù)、有符號(hào)運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、位寬確定等運(yùn)算電路基礎(chǔ)知識(shí)，以及除法器、信號(hào)發(fā)生器、濾波器、小數(shù)分頻器等常用基本算法電路的Matlab建模和RTL設(shè)計(jì)，可幫助數(shù)字IC設(shè)計(jì)者掌握常用算法設(shè)計(jì)思路、工具和流程，從根本上提高設(shè)計(jì)基本算法電路和復(fù)雜算法電路的能力。本書(shū)共分為12章。第1 ~ 2章介紹算法和芯片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括算法與芯片設(shè)計(jì)的關(guān)系，芯片設(shè)計(jì)人員掌握算法知識(shí)的必要性，以及位寬確定、有符號(hào)數(shù)處理、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、溢出保護(hù)和四舍五入等算法的實(shí)現(xiàn)。第3 ~ 11章重點(diǎn)介紹各種典型基本算法的電路設(shè)計(jì)，其中包括任何數(shù)字芯片都必不可少的乘法器和除法器設(shè)計(jì)，在不同專業(yè)芯片領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、復(fù)數(shù)求模求角度運(yùn)算器、普通濾波器、ΣΔADC中使用的抽取濾波器、基于ΣΔ結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的小數(shù)倍分頻器、CRC校驗(yàn)器等。每個(gè)電路均給出了算法的浮點(diǎn)建模、定點(diǎn)建模、RTL以及TestBench仿真文件，并在理論上對(duì)ADC、頻率、濾波器以及電路結(jié)構(gòu)拓?fù)溥M(jìn)行深入解讀。部分電路給出了多種可選設(shè)計(jì)，并在面積和時(shí)序等方面進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)分析。第12章介紹IEEE754浮點(diǎn)運(yùn)算單元的設(shè)計(jì)，專為滿足具備標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議格式的浮點(diǎn)運(yùn)算核開(kāi)發(fā)需求。其中涉及算法的內(nèi)容較少，重點(diǎn)介紹協(xié)議實(shí)現(xiàn)、集成和應(yīng)用?；谶@一章設(shè)計(jì)得到的電路既可作為SoC芯片中的可編程浮點(diǎn)運(yùn)算加速器，也可作為專用芯片的浮點(diǎn)運(yùn)算硬核。

作者簡(jiǎn)介

　　白櫟旸廈大通信系碩士，芯片設(shè)計(jì)與算法工程師，某知名企業(yè)WiFi芯片算法負(fù)責(zé)人。先后供職于多家知名芯片公司和創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，從事數(shù)字電路架構(gòu)和算法設(shè)計(jì)工作。具有豐富的數(shù)字IC設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和算法研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)期與模擬設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合設(shè)計(jì)數(shù)?；旌想娐罚瞄L(zhǎng)射頻電路相關(guān)數(shù)字校準(zhǔn)算法設(shè)計(jì)以及SoC芯片的架構(gòu)設(shè)計(jì)。主持研發(fā)的芯片累積產(chǎn)量已達(dá)上億顆。作為第一發(fā)明人獲授國(guó)家發(fā)明專利4項(xiàng)。著有《數(shù)字IC設(shè)計(jì)入門(mén)》等專業(yè)技術(shù)圖書(shū)。

圖書(shū)目錄

目　　錄
序
前言
第1章　芯片算法與數(shù)字電路設(shè)計(jì)　1
1.1　芯片研發(fā)的流程　1
1.1.1　芯片公司的分類　1
1.1.2　芯片設(shè)計(jì)流程　2
1.2　芯片數(shù)字電路設(shè)計(jì)與算法的關(guān)系　4
1.2.1　預(yù)研階段　4
1.2.2　系統(tǒng)架構(gòu)確定階段　5
1.2.3　實(shí)際電路設(shè)計(jì)階段　5
1.3　芯片驗(yàn)證與算法的關(guān)系　6
1.3.1　普通驗(yàn)證　6
1.3.2　算法驗(yàn)證　6
1.4　算法工具和數(shù)字開(kāi)發(fā)工具　7
1.5　數(shù)字開(kāi)發(fā)工程師掌握算法知識(shí)的必要性　8
1.5.1　算法的具象化　8
1.5.2　算法的定點(diǎn)化　8
第2章　數(shù)字電路設(shè)計(jì)的算法基礎(chǔ)　10
2.1　電路中有符號(hào)數(shù)的表示　10
2.1.1　無(wú)符號(hào)的信號(hào)對(duì)應(yīng)的實(shí)體電路　10
2.1.2　有符號(hào)的信號(hào)對(duì)應(yīng)的實(shí)體電路　11
2.1.3　補(bǔ)碼羅盤(pán)　12
2.1.4　補(bǔ)碼的優(yōu)勢(shì)　12
2.2　信號(hào)位寬　13
2.2.1　無(wú)符號(hào)整數(shù)信號(hào)的位寬　13
2.2.2　無(wú)符號(hào)浮點(diǎn)信號(hào)的位寬　13
2.2.3　有符號(hào)信號(hào)的位寬　14
2.2.4　特殊取值范圍的位寬處理　14
2.2.5　MSB和LSB　14
2.2.6　信號(hào)的范圍和精度　15
2.2.7　信號(hào)變化范圍的確定　15
2.2.8　運(yùn)算結(jié)果的位寬　16
2.3　溢出保護(hù)　19
2.3.1　什么是溢出　19
2.3.2　是否需要溢出保護(hù)　19
2.3.3　無(wú)符號(hào)信號(hào)的溢出保護(hù)　20
2.3.4　有符號(hào)信號(hào)的溢出保護(hù)　22
2.4　截位與四舍五入　24
2.4.1　截位的數(shù)學(xué)本質(zhì)　24
2.4.2　四舍五入的設(shè)計(jì)方法　25
2.5　浮點(diǎn)數(shù)在電路中的定點(diǎn)化　27
2.6　signed聲明和注意事項(xiàng)　28
2.7　從算法到RTL實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化流程　32
第3章　加法電路設(shè)計(jì)　33
3.1　實(shí)現(xiàn)加法器的方法　33
3.2　全加器的實(shí)現(xiàn)　34
3.3　超前進(jìn)位加法器的實(shí)現(xiàn)　37
3.4　邏輯優(yōu)化和面積對(duì)比　39
3.5　浮點(diǎn)數(shù)加法的電路實(shí)現(xiàn)　40
3.6　有符號(hào)數(shù)加法的電路實(shí)現(xiàn)　45
第4章　乘法電路設(shè)計(jì)　48
4.1　用綜合器實(shí)現(xiàn)乘法電路　48
4.2　基于加法迭代的乘法電路　53
4.3　基于CORDIC的乘法電路　63
4.3.1　CORDIC原理　64
4.3.2　線性坐標(biāo)系對(duì)CORDIC通式的簡(jiǎn)化　72
4.3.3　線性坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)模式下的CORDIC運(yùn)算　73
4.3.4　算法建模　74
4.3.5　電路實(shí)現(xiàn)　80
4.4　不同實(shí)現(xiàn)方式的面積與性能比較　85
4.5　浮點(diǎn)乘法的電路實(shí)現(xiàn)　85
4.6　有符號(hào)數(shù)乘法的電路實(shí)現(xiàn)　88
第5章　除法電路設(shè)計(jì)　91
5.1　用綜合器實(shí)現(xiàn)除法電路　92
5.2　線性迭代除法電路　97
5.2.1　算法建?！?7
5.2.2　電路實(shí)現(xiàn)　105
5.3　基于CORDIC的除法電路　112
5.3.1　線性坐標(biāo)系向量模式下的CORDIC運(yùn)算　112
5.3.2　算法建?！?13
5.3.3　電路實(shí)現(xiàn)　120
5.4　不同實(shí)現(xiàn)方式的面積與性能比較　123
5.5　復(fù)數(shù)除法電路　125
5.5.1　復(fù)數(shù)的原理和應(yīng)用　125
5.5.2　復(fù)數(shù)除法方案　126
5.5.3　電路實(shí)現(xiàn)　127
第6章　常用數(shù)字信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)　131
6.1　基于CORDIC的正余弦波發(fā)生器　131
6.1.1　圓坐標(biāo)系對(duì)CORDIC通式的簡(jiǎn)化　131
6.1.2　圓坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)模式下的CORDIC運(yùn)算　132
6.1.3　算法建模　133
6.1.4　電路實(shí)現(xiàn)　142
6.2　基于查表法的正余弦波發(fā)生器　147
6.2.1　查表法的優(yōu)缺點(diǎn)　147
6.2.2　查表數(shù)據(jù)的構(gòu)造以及用腳本生成Verilog格式的方法　148
6.2.3　查表法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　151
6.2.4　查表法與CORDIC法的面積對(duì)比　153
6.2.5　查表法對(duì)算法電路設(shè)計(jì)的啟示　154
6.3　反正切運(yùn)算電路　155
6.3.1　圓坐標(biāo)系向量模式下的CORDIC運(yùn)算　155
6.3.2　算法建?！?56
6.3.3　電路實(shí)現(xiàn)　161
6.4　復(fù)數(shù)求模電路　162
6.4.1　算法原理　162
6.4.2　算法建?！?63
6.4.3　電路實(shí)現(xiàn)　170
第7章　濾波器基礎(chǔ)概念　174
7.1　頻率和相位　174
7.2　信息的傳遞方式　178
7.3　帶寬　183
7.4　濾波器的作用　185
7.5　濾波器的功能類型　186
7.6　濾波器關(guān)注的指標(biāo)　186
7.7　濾波器的響應(yīng)特性　188
7.8　濾波器的結(jié)構(gòu)類型　190
7.9　FIR濾波器的結(jié)構(gòu)　191
7.10　系統(tǒng)函數(shù)　193
7.11　一拍延遲對(duì)應(yīng)的Z變換　194
7.12　在已知頻域響應(yīng)的前提下求FIR的抽頭系數(shù)　195
7.13　相移濾波和頻譜奇對(duì)稱　196
7.14　頻譜復(fù)制情況下的抽頭　201
7.15　使用頻域掃描方式獲取濾波器抽頭的應(yīng)用場(chǎng)景　202
第8章　濾波器電路設(shè)計(jì)　203
8.1　低通濾波器　203
8.1.1　濾波器設(shè)計(jì)工具　203
8.1.2　設(shè)計(jì)命題說(shuō)明　209
8.1.3　抽頭個(gè)數(shù)和數(shù)值的確定　210
8.1.4　自動(dòng)生成濾波器電路　213
8.1.5　手工編寫(xiě)濾波器電路　215
8.1.6　低通濾波器的驗(yàn)證　219
8.2　高通濾波器 223
8.2.1　抽頭個(gè)數(shù)和數(shù)值的確定 223
8.2.2　電路實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證 224

第9章　ΣΔADC電路設(shè)計(jì) 226
9.1　ADC概述 226
9.1.1　ADC的本質(zhì) 226
9.1.2　ADC的性能指標(biāo) 227
9.1.3　ADC的參考電壓 230
9.1.4　ADC的符號(hào) 232
9.2　ΣΔADC的組成 232
9.3　簡(jiǎn)單ΣΔ結(jié)構(gòu)及其特征 233
9.4　復(fù)雜ΣΔ結(jié)構(gòu) 239
9.4.1　高階噪聲濾波與一階噪聲濾波的性能比較 239
9.4.2　Mash1-1-1結(jié)構(gòu) 240
9.4.3　Mash2-1-1結(jié)構(gòu) 241
9.4.4　ΣΔ結(jié)構(gòu)的算法建模 243
9.5　抽取濾波器概述 249
9.6　題設(shè) 253
9.7　濾波器的性能指標(biāo) 254
9.8　CIC濾波器 255
9.8.1　濾波器結(jié)構(gòu) 255
9.8.2　算法建模 256
9.8.3　電路實(shí)現(xiàn) 259
9.9　CIC補(bǔ)償濾波器 263
9.9.1　算法建模 263
9.9.2　電路實(shí)現(xiàn) 265
9.10　半帶濾波器 268
9.10.1　算法建模 268
9.10.2　電路實(shí)現(xiàn) 272
9.11　用CSD方法進(jìn)行抽頭乘法運(yùn)算 279
9.12　抽取濾波的整體效果 279

第10章　鎖相環(huán)小數(shù)倍分頻器的電路設(shè)計(jì) 286
10.1　鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu) 286
10.2　對(duì)ΣΔ結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 287
10.3　電路實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證 289

第11章　CRC校驗(yàn)電路設(shè)計(jì) 298
11.1　校驗(yàn)技術(shù)概述 298
11.2　CRC校驗(yàn)原理 300
11.3　常用的生成多項(xiàng)式 302
11.4　用MATLAB計(jì)算CRC校驗(yàn) 信息 303
11.5　CRC的電路實(shí)現(xiàn) 304
11.6　CRC電路實(shí)現(xiàn)與CRC原理 310
11.7　校準(zhǔn)結(jié)果的驗(yàn)收 311
11.8　CRC的應(yīng)用 313

第12章　 IEEE754浮點(diǎn)運(yùn)算單元的設(shè)計(jì) 314
12.1　用數(shù)字硬件實(shí)現(xiàn)IEEE754浮點(diǎn)運(yùn)算的意義 314
12.2　IEEE754的協(xié)議格式 315
12.3　IEEE754表示法中的特例 316
12.3.1　表示0的方法 316
12.3.2　表示無(wú)窮大的方法 317
12.4　 IEEE754浮點(diǎn)運(yùn)算單元的結(jié)構(gòu) 317
12.5　IEEE754解析器的設(shè)計(jì) 319
12.6　加減法處理單元的設(shè)計(jì) 320
12.7　乘法處理單元的設(shè)計(jì) 327
12.8　除法處理單元的設(shè)計(jì) 330
12.9　乘除法結(jié)構(gòu)的改進(jìn)措施 333
12.10　APB接口設(shè)計(jì) 334
12.11　模塊頂層設(shè)計(jì) 337
12.12　浮點(diǎn)運(yùn)算單元的軟件驗(yàn)證和性能對(duì)比 338