高速数字信号处理器系统电源设计

高速数字信号处理器系统电源设计

摘要：研究了dsp+fpga高速数字信号处理器系统电源的供电需求，采用了开关电源和线性稳压电源的混合电源系统，解决了高速数字信号处理器系统电源的供电问题。经实际的测试验证表明设计的该系统电源满足各个高速处理模块的供电需求，也表明该系统电源的突出优点是供电电源的高稳定性。

关键词：高速数字信号处理；dsp+fpga；系统电源

中图分类号：tn702 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）07-1678-04

1 概述

现代信号处理对信号处理的实时性要求越来越高，实时信号处理系统具有更快的处理速度和更大的数据吞吐率，往往处理器要求达到每秒几十，甚至几百亿次运算，这使得单个处理器无能为力，很多数字波束（dbf）雷达系统中都引入了并行计算系统，采用了多处理器并行处理技术。多处理器并行处理高速数字信号处理板上大部分电路是高速数字电路，电源对逻辑电路影响主要集中在电源的响应带宽和纹波电压上。高速数字逻辑器件在状态转换瞬间需要吸收较大电流，容易导致供电电压下降，电源的带宽足够宽时可以获得更快的反应速度，避免因为电源电压的波动导致的逻辑错误；纹波电压是稳压源电压输出的波动，纹波电压会引起数字信号的边缘抖动，也会造成逻辑误判，因此电源的设计要求带宽宽和纹波电压小。

FPGA在高速数字信号处理中的使用

由于成本、系统功耗和面市时间等原因，许多通讯、视频和图像系统已无法简单地用现有DSP处理器来实现，现场可编程门阵列(FPGA)尤其适合于乘法和累加(MAC)等重复性的DSP任务。本文从FPGA与专用DSP器件的运算速度和器件资源的比较入手，介绍FPGA 在复数乘法、数字滤波器设计和FFT等数字信号处理中应用的优越性，值得(中国)从事信号处理的工程师关注。 Chris Dick Xilinx公司 由于在性能、成本、灵活性和功耗等方面的优势，基于FPGA的信号处理器已广泛应用于各种信号处理领域。近50%的FPGA产品已进入各种通信和网络设备中，例如无线基站、交换机、路由器和调制解调器等。FPGA提供了极强的灵活性，可让设计者开发出满足多种标准的产品。例如，万能移动电话能够自动识别GSM、CDMA、TDMA或AMPS等不同的信号标准，并可自动重配置以适应所识别的协议。FPGA所固有的灵活性和性能也可让设计者紧跟新标准的变化，并能提供可行的方法来满足不断变化的标准要求。 复数乘法 复数运算可用于多种数字信号处理系统。例如，在通讯系统中复数乘积项常用来将信道转化为基带。在线缆调制解调器和一些无线系统中，接收器采用一种时域自适应量化器来解决信号间由于通讯信道不够理想而引入的干扰问题。量化器采用一种复数运算单元对复数进行处理。用来说明数字信号处理器优越性能的指标之一就是其处理复数运算的能力，尤其是复数乘法。 一个类似DSP-24(工作频率为100MHz)的器件在100ns内可产生24×24位复数乘积(2个操作数的实部和虚部均为24位精度)。复数乘积的一种计算方法需要4次实数乘法、1次加法和1次减法。一个满精度的24×24实数管线乘法器需占用348个逻辑片。将4个实数乘法器产生的结果组合起来所需的2个48位加法/减法器各需要24个逻辑片(logic slice)。这些器件将工作在超过100MHz的时钟频率。复数乘法器采用一条完全并行的数据通道，由4×348+2×24=1440个逻辑片构成，这相当于Virtex XCV1000 FPGA所提供逻辑资源的12%。计算一个复数乘积所需的时间为10ns，比DSP结构的基准测试快一个数量级。为了获得更高的性能，几个完全并行的复数乘法器可在单个芯片上实现。采用5个复数乘法器，假设时钟频率为100MHz，则计算平均速率为每2ns一个复数乘积。这一设计将占用一个XCV1000器件约59%的资源。 这里应该强调的一个问题是I/O，有这样一条高速数据通道固然不错，但为了充分利用它，所有的乘法器都须始终保持100%的利用率。这意味着在每一个时钟来临时都要向这些单元输入新的操作数。 除了具有可实现算法功能的高可配置逻辑结构外，FPGA还提供了巨大的I/O带宽，包括片上和片外数据传输带宽，以及算术单元和存储器等片上部件之间的数据传输带宽。例如，XCV1000具有512个用户I/O引脚。这些I/O引脚本身是可配置的，并可支持多种信号标准。实现复数乘法器的另一种方法是构造一个单元，该单元采用单设定或并行的24x24实数乘法器。这种情况下，每一个复数乘法需要4个时钟标识，但是FPGA的逻辑资源占用率却降到了最低。同样，采用100MHz系统时钟，每隔40ns可获得一个新的满精度复数乘积，这仍是DSP结构基准测试数据的2.5倍。这一设定方法需要大约450个逻辑片，占一个XCV1000器件所有资源的3.7%(或XCV300的15%)。 构造一条能够精确匹配所需算法和性能要求的数据通道的能力是FPGA技术独特的特性之一。而且请注意，由于FPGA采用SRAM配置存储器，只需简单下载一个新的配置位流，同样的FPGA硬件就可适用于多种应用。FPGA就像是具有极短周转时间的微型硅片加工厂。

数字信号处理的应用和发展前景

数字信号处理的应用与发展趋势 作者：王欢 天津大学信息学院电信三班 摘要： 数字信号处理是应用于广泛领域的新兴学科，也是电子工业领域发展最为迅速的技术之一。本文就数字信号处理的方法、发展历史、优缺点、现代社会的应用领域以及发展前景五个方面进行了简明扼要的阐述。 关键词： 数字信号处理发展历史灵活稳定应用广泛发展前景 数字信号处理的简介 1.1、什么是数字信号处理 数字信号处理简称DSP，英文全名是Digital Signal Processing。 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备以数字的形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。 DSP系统的基本模型如下： 数字信号处理是一门涉及许多学科且广泛应用于许多领域的新兴学科。它以众多的学科为理论基础，所涉及范围及其广泛。例如，在数学领域、微积分、概率统计、随即过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具；同时与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等学科也密切相关。近年来的一些新兴学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都是与数字信号处理密不可分的。数字信号处理可以说许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一门新兴学科的理论基础。 1.2、数字信号系统的发展过程 数字信号处理技术的发展经历了三个阶段。 70 年代DSP 是基于数字滤波和快速傅里叶变换的经典数字信号处理, 其系统由分立的小规模集成电路组成, 或在通用计算机上编程来实现DSP 处理功能, 当时受到计算机速度和存储量的限制,一般只能脱机处理, 主要在医疗电子、生物电子、应用地球物理等低频信号处理方面获得应用。 80 年代DSP 有了快速发展, 理论和技术进入到以快速傅里叶变换(FFT) 为主体的现代信号处理阶段, 出现了有可编程能力的通用数字信号处理芯片, 例如美国德州仪器公司(TI公司) 的TMS32010 芯片, 在全世界推广应用, 在雷达、语音通信、地震等领域获得应用, 但芯片价格较贵, 还不能进 入消费领域应用。 90 年代DSP 技术的飞速发展十分惊人, 理论和技术发展到以非线性谱估计为代表的更先进的信号处理阶段, 能够用高速的DSP 处理技术提取更深层的信息, 硬件采用更高速的DSP 芯片, 能实时地完成巨大的计算量, 以TI 公司推出的TMS320C6X 芯片为例, 片内有两个高速乘法器、6 个加法器, 能以200MHZ 频率完成8 段32 位指令操作, 每秒可以完成16 亿次操作, 并且利用成熟的微电子工艺批量生产,使单个芯片成本得以降低。并推出了C2X 、C3X 、C5X 、C6X不同应用范围的系列, 新一代的DSP 芯片在移动通信、数字电视和消费电子领域得到广泛应用, 数字化的产品性能价 格比得到很大提高, 占有巨大的市场。 1.3、数字信号处理的特点

高速实时数字信号处理硬件技术发展概述

高速实时数字信号处理硬件技术发展概述 摘要:在过去的几年里，高速实时数字信号处理（DSP）技术取得了飞速的収展，目前单片DSP芯片的速度已经可以达到每秒80亿次定点运算（8000MIPS）；其 高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术迚入一个新纪元。一个完整的高速 实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如DSP，ADC，DAC，RAM，FPGA，总线接口等技术本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的特点，构成，収展过程和系统设计中的一些问题，幵对其中的主要功能模块分别迚行了分析。最后文中介绍了一种采用自行开収的COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 1．概述 信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息仍各种噪声、干扰的环境中提取出来，幵变换为一种便于为人或机器所使用的形式。仍某种意义上说，信号处理类似于”沙里淘金”的过程:它幵不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）仍各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等）。如果不迚行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的，这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。 高速实时信号处理是信号处理中的一个特殊分支。它的主要特点是高速处理和实时处理，被广泛应用在工业和军事的关键领域，如对雷达信号的处理、对通

信基站信号的处理等。高速实时信号处理技术除了核心的高速DSP技术外，还包括很多外围技术，如ADC，DAC等外围器件技术、系统总线技术等。 本文比较全面地介绍了各种关键技术的当前状态和収展趋势，幵介绍了目前高性能嵌入式幵行实时信号处理的技术特点和収展趋势，最后介绍了一种基于COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 2．DSP技术 2.1 DSP的概念 DSP（digital signal processor），即数字信号处理器，是一种专用于数字信号处理的可编程芯片。它的主要特点是: ①高度的实时性，运行时间可以预测； ②Harvard体系结构，指令和数据总线分开（有别于冯·诺依曼结构）； ③RISC指令集，指令时间可以预测； ④特殊的体系结构，适合于运算密集的应用场合； ⑤内部硬件乘法器，乘法运算时间短、速度快； ⑥高度的集成性，带有多种存储器接口和IO互联接口； ⑦普遍带有DMA通道控制器，保证数据传辒和计算处理幵行工作； ⑧低功耗，适合嵌入式系统应用。 DSP有多种分类方式。其中按照数据类型分类，DSP被分为定点处理器（如ADI的ADSP218x/9xBF5xx，TI的TMS320C62/C64）和浮点处理器（如ADI的SHARC/Tiger SHARC系统·TI的TMS320C67）。 雷达信号处理系统对DSP的要求很高，通常是使用32bit的高端DSP；而且浮

基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计

基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计 摘要：针对高速实时数字信号处理系统设计要求，本文提出并设计了基于dsp+fpga结构的高速数字信号处理系统，采用ti公司目前单片处理能力最强的定点dsp芯片tms320c6455为系统主处理器，fpga作为协处理器。详细论述了dsp外围接口电路的应用和设计，系统设计电路简洁、实现方便，可靠性强。 关键词：tms320c6455 fpga 数字信号处理系统设计 design of high-speed digital signal processing system based on tms320c6455 cao jingzhi,he fei,li qiang，ren hui，qin wei （department of tool development,china petroleum logging co.,ltd shaan xi xi’an 710077） abstract:according to the design needs of high-speed real-time digital signal processing system.the paper puts forward a design of high-speed digital signal processing system based on dsp+fpga structure,adopting ti company fixed-point dsp chip tms320c6455,the currently strongest capacity monolithic processor,for system main processor,and fpga as coprocessor.this paper describs the application and design of dsp periphery circuit interface in detail.the system design has simple circuit and realize convenient, reliability.

数字信号处理技术及发展趋势

数字信号处理技术及发展趋势 贵州师范大学物电学院电子信息科学与技术 罗滨志 120802010051 摘要 数字信号处理的英文缩写是DSP，而数字信号处理又是电子设计领域的术语，其实现的功能即是用离散（在时间和幅度两个方面）所采样出来的数据集合来表示和处理信号和系统，其中包括滤波、变换、压缩、扩展、增强、复原、估计、识别、分析、综合等的加工处理，从而达到可以方便获得有用的信息，方便应用的目的【1】。而DPS实现的功能即是对信号进行数字处理，数字信号又是离散的，所以DSP大多应用在离散信号处理当中。 从DSP的功能上来看，其发展趋势日益改变着我们的科技的进步，也给世界带来了巨大的变化。从移动通信到消费电子领域，从汽车电子到医疗仪器，从自动控制到军用电子系统中都可以发现它的身影【2】。拥有无限精彩的数字信号处理技术让我们这个世界充满变化，充满挑战。 In this paper Is the abbreviation of digital signal processing DSP, the digital signal processing (DSP) is the term in the field of electronic design, the function of its implementation is to use discrete (both in time and amplitude) sampling represented data collection and processing of signals and systems, including filtering, transformation, compression, extension, enhancement, restoration, estimation, identification, analysis, and comprehensive processing, thus can get useful information, convenient for the purpose of convenient application [1]. And DPS the functions is to digital signal processing, digital signal is discrete, so most of DSP applications in discrete signal processing. From the perspective of the function of DSP, and its development trend is increasingly changing our of the progress of science and technology, great changes have also brought the world. From mobile communication in the field of consumer electronics, from automotive electronics to medical equipment, from automatic control to the military electronic systems can be found in the figure of it [2]. Infinite wonderful digital signal processing technology to let our world full of changes, full of challenges

高速DSP的PCB抗干扰设计技术(精)

高速DSP的PCB抗干扰设计技术 高速系统中，噪声干扰的产生是第一影响因素，高频电路还会产生辐射和冲突，而较快的边缘速率则会产生振铃、反射和串扰。如果不考虑高速信号布局布线的特殊性，设计出的电路板将不能正常工作。因此PCB板的设计成功是DSPs电路设计过程中非常关键的一个环节。 1 传输线效应 1.1信号完整性 信号完整性主要有反射、振铃、地弹和串扰等现象。PCB板上的走线可等效为图1所示的串联和并联的电容、电阻和电感结构。串联电阻的典型值0.25D.／R-4）。55DJft，并联电阻阻值通常很高。将寄生电阻、电容和电感加到实际的PCB连线中之后，连线上的最终阻抗称为特征阻抗zo。 如果传输线和接收端的阻抗不匹配，这就会引起信号的反射和振荡。 布线的几何形状，不正确的线端接，经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致反射。过冲和下冲是信号在电平上升沿和下降沿变化时产生的，会在瞬间产生高于或低于平稳电平的毛刺，容易损坏器件。信号的振铃和环绕振荡分别是由线上不恰当的电感和电容所应起的。振铃可以通过适当的端接予以减小。 当电路中有大的电流涌动时会引起地弹，若有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面间的寄生电感和电阻就会引发电源噪声。串扰是两条信号线之间的耦合问题，信号线之间的互感和互容导致了线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。 1.2 解决办法 要解决常见的问题需要采取的一些措施： 电源层对电流方向不限制，返回线可沿着最小阻抗即与信号线最接近的路径走。这就可能使电流回路最小，而这将是高速系统首选的方法。但是电源层不排除线路杂波，不注意电源分布路径，所有系统均会产生噪声造成错误。因此需要特殊的滤波器，由旁路电容实现。一般一个l虾到lOp.F的电容放在板上电源输入端，而0.01p.F至U0.1心的电容放在板上每个有源器件的电源、地的管脚之间。旁路电容的作用就像滤波器，大电容（10aF）放在电源输入端，滤除板外产生的低频（60Hz）噪声，板上有源器件产生的噪声在100MHz或更高的频率下会产生谐波，放在每个芯片之间的旁路电容通常比放在板上电源输入端的电容小得多。

数字信号处理的新技术及发展

数字信号处理的新技术及发展 摘要：数字信号处理是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。本文简述了数字信号处理技术的发展过程，分析了数字信号处理技术在多个领域应用状况，介绍了数字信号处理技术的最新发展，对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。 关键词：信号数字信号处理信息技术DSP 0引言 自从数字信号处理（Digital Signal Processor）问世以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生，并到迅速的发展。由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。 1数字信号处理技术的发展历程 DSP的发展大致分为三个阶段： 在数字信号处理技术发展的初期（二十世纪50-60年代），人们只能在微处理器上完成数字信号的处理。直到70年代，有人才提出了DSP的理论和算法基础。一般认为，世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AMI公司发布的S281l。1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个重要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的mPD7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP芯片，从而被认为是第一块单片DSP器件。 随着大规模集成电路技术的发展，1982年美国德州仪器公司推出世界上第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品，标志了实时数字信号处理领域的重大突破。Ti公司之后不久相继推出了第二代和第三代DSP芯片。90年代DSP发展最快。Ti公司相继推出第四代、第五代DSP芯片等。 随着CMOS技术的进步与发展，日本的Hitachi公司在1982年推出第一个基于CMOS工艺的浮点DSP芯片，1983年日本Fujitsu公司推出的MB8764，其指

(完整版)TMS320C6455高速SRIO接口设计

TMS320C6455高速SRIO接口设计 引言 数字信号处理技术已广泛应用于通信、雷达、声纳、遥感、图形图像处理和语音处理等领域。随着现代科技的发展，尤其是半导体工艺的进入深亚微米时代，新的功能强劲的高性能数字信号处理器(DSP)也相继推出，如ADI（美国模拟器件）公司的TigerSHARC系列和TI（德州仪器）公司的 C6000系列，但是，要实现对运算量和实时性要求越来越高的DSP 算法，如对基于分数阶傅立叶变换的Chirp信号检测与估计，合成孔径雷达(SAR)成像，高频地波雷达中的自适应滤波和自适应波束形成等算法，单片DSP 仍然显得力不从心。这些挑战主要涉及两个主题：一是计算能力，指设备、板卡和系统中分别可用的处理资源。采用多DSP、多FPGA系统，将是提高运算能力的一个有效途径。二是连接性，从本质上说就是实现不同设备、板卡和系统之间的“快速”数据转移。对于一些复杂的信息系统，对海量数据传输的实时性提出了苛刻的要求，多DSP之间、DSP与高速AD采集系统、DSP与FPGA间的高速数据传输，是影响信号处理流程的主要瓶颈之一。TI公司最新推出的高性能TMS320C6455（下文称C6455）处理器，具有高速运算能力的同时集成了高速串行接口SRIO，方便多DSP以及DSP与FPGA之间的数据传输，在一定程度上满足了高速实时处理和传输的要求。本文在多DSP+FPGA通用信号处理平台的基础上，深入研究了多DSP间，DSP与FPGA间的SRIO 的数据通信和加载技术的软硬件设计与实现。这些技术包括了目前SRIO接口的各种应用方式，可作为SRIO接口及C6455开发提供参考[1-3]。 1 C6455特性及SRIO标准介绍 C6455是目前单片处理能力最强的新型高性能定点DSP，它是TI 公司基于第三代先进VeloviTI VLIW(超长指令字)结构开发出来的新产品。最高主频为1.2GHz，16位定点处理能力为9600MMAC/s。C6455建立在增强型C64x+ DSP内核基础之上，代码尺寸平均缩短了20%至30%，周期效率提高了20%。C6455不仅是内核的增强和运算速度的提升，相比以前的芯片，集成了丰富的外围接口，如千兆以太网控制器，66 MHz PCI总线接口，最重要的是增加了新的外设接口SRIO，全双工工作时，四个端口峰值速率每秒高达25 Gbits，解决了DSP高速数据传输的瓶颈，降低了开发多处理器系统的难度[4-5]。 RapidIO是新一代高速互连技术，已于2004年被国际标准化组织(ISO)和国际电工协会(IEC) 批准为ISO/IEC DIS 18372标准。RapidIO互连定义包括两类技术：面向高性能微处理器及系统互连的Parallel RapidIO接口；面向串行背板、DSP和相关串行控制平面应用的Serial RapidIO接口。SRIO支持编程模型包括基本存储器映射IO事务、基于端口的消息传递和基于硬件一致性的全局共享分布式处理器。 SRIO互连架构是一个开放的标准，满足了嵌入式基础实施在应用方面的广泛需要。可行的应用包括多处理器、存储器、网络设备中的存储器映射I/O器件、存储子系统和通用计算平台。这一互连技术主要作为系统内部互连，支持芯片到芯片和板到板的通信，可以实现从1Gbps到60Gbps的性

数字信号处理与数字信号处理器

物理学与信息科学技术专题 第十讲　数字信号处理与数字信号处理器(D SP) 1) 李昌立 1, 董永宏 2 (1　中国科学院声学研究所　北京　100080)(2　闻亭数字系统(北京)有限公司　北京　100085) 摘　要 文章简要介绍了“数字信号处理”与“数字信号处理器(DSP )”的发展历史.在数字信号处理的应用中,实时实现是非常重要的,而DSP 在实时处理中,扮演了一个重要的角色.文章中还介绍了DSP 在实际应用中的一些关键技术,例如DSP 的种类和选型,DSP 的开发工具,实时软件的开发过程等.最后,还介绍了一些DSP 的应用实例,如语音编码器,视频电话和视频会议系统,用于雷达和声纳的DSP 并行处理系统 关键词 数字信号处理器(DSP ),实时信号处理,DSP 开发工具,DSP 并行处理系统. D i g it a l si gna l processi n g and processors L I Chang 2L i 1, DONG Yong 2Hong 2 (1Institute of Acoustics ,Chinese A cade m y of Sciences,B eijing 100080,China ) (2W intech D igitalsyste m s Technology corp,B eijing 100085,China ) Abstract The history of digital signal p r ocessing and the digital signal p r ocess or (DSP )is reviewed .A s is well known,real -ti me i mp lementation is crucial in the app licati ons of digital signal p rocessing in which the DSP p lays an i m portant role .Certain key techniques,such as the types and type selecti on of DSPs,their devel 2opment equipment,real -ti me s oft ware development and s o on are then described .Finally,s ome p ractical ap 2p licati ons such as s peech coding hardware,video telephone and video conference system s,DSP parallel p ro 2cessing system s for s onar and radar are als o described Keywords digital signal p r ocess or,real -ti me signal p r ocessing .development equi pment,parallel p r ocess 2ing system 1)　该专题的第一至第九讲分别发表于2005年第1—8期,第12期 《物理》———编者注 2005-09-27收到初稿,2006-03-14修回 　通讯联系人.Email:li_chang_li_cn@hot m ail .com 1　数字信号处理与数字信号处理器(DSP )发展史的简要回顾[1—3] DSP 既是D igital Signal Pr ocessing 的缩写,也是D igital Signal Pr ocess or 的缩写,前者是指数字信号 处理的理论和方法,后者则是指用于数字信号处理的可编程微处理器.我们所说的DSP 技术,一般是指将DSP 处理器用于完成数字信号处理的方法和技术. 自从1965年库利(Cooley )和图基(Tukey )在 《计算数学》(《Mathe matic of Computati on 》 )上发表了《用机器计算复序列傅里叶级数的一种方法》一文以后,接着又有人发表了在计算机上用差分方程实现滤波器的算法,以及用计算机设计数字滤波器 的各种方法.此后,“数字信号处理”这一分支学科迅速发展,逐渐形成了一整套较为完整的学科领域和理论体系.到今天,“数字技术”已经渗透到各行各业,成为了高新技术的代名词.很多传统产业采用

高速实时数字信号处理系统技术探析

高速实时数字信号处理系统技术探析　 （毛二可院士　龙腾副教授）　 　 高速实时数字信号处理（ＤＳＰ）技术取得了飞速的发展，目前单片ＤＳＰ芯片的速度已经可以达到每秒１６亿次定点运算（１６００ＭＩＰｓ到４８００ＭＩＰｓ）；最近ＴＩ宣布１ＧＨｚ　ＤＳＰ已经准备投产。其高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术进入一个新纪元。一个完整的高速实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如ＤＳＰ、ＡＤＣ、ＤＡＣ等等。本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的产生、特点、构成、以及系统设计中的一些问题，并对其中的主要功能模块分别进行了分析。　 一、高速实时数字信号处理概述　 １．信号处理的概念　 信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某种意义上说，信号处理类似于＂沙里淘金＂的过程：它并不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）从各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等等）。如果不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的；这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。　 ２．高速实时数字信号处理的产生　 早期的信号处理主要是采用模拟的处理方法，包括运算放大电路、声表面波器件（ＳＡＷ）以及电荷耦合器件（ＣＣＤ）等等。例如运算放大电路通过不同的电阻组配可以实现算术运算，通过电阻、电容的组配可以实现滤波处理等等。模拟处理最大的问题是不灵活、不稳定。其不灵活体现在参数修改困难，需要采用多种阻值、容值的电阻、电容，并通过电子开关选通才能修改处理参数。其不稳定主要体现为对周围环境变化的敏感性，例如温度、电路噪声等都会造成处理结果的改变。 　解决以上问题最好的方法就是采用数字信号处理技术。数字信号处理可以通过软件修改处理参数，因此具有很大的灵活性。由于数字电路采用了二值逻辑，因此只要环境温度、电路噪声的变化不造成电路逻辑的翻转，数字电路的工作都可以不受影响地完成，具有很好的稳定性。因此，数字信号处理已经成为信号处理技术的主流。　 数字信号处理的主要缺点是处理量随处理精度、信息量的增加而成倍增长，解决这一问题的方法是研究高速运行的数字信号处理系统；这就是本文所探讨的主题：高速实时数字信号处理的理论与技术。　３．高速实时数字信号处理特点　 　高速实时数字信号处理的特点：　 首先是高速度，其处理速度可以达到数百兆量级。

数字信号处理器DSP及应用

摘要:数字信号处理（DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新 兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展本文介绍了数字信号处理器的特点以及在现代通信中的应用，以及在，最后，探讨了数字处理器的发展趋势。 关键词:数字信号处理器应用趋势 数字信号处理就是利用专用或通用的数字信号处理器(DSP-Digital Signal Processor)以数字运算的方式对信号进行分析、提取、变换等处理。当今, 数字信号处理已经发展成为一个新的技术领域和独立的学科体系。近年来，随着微电子技术和数字信号处理技术的飞速发展，数字信号处理器（DSP）有了日新月异的发展，在处理速度、运算精度、指令系统、性能价格比和开发手段等诸多方面都有了较大的提高，并迅速在航空、航天、雷达、声呐、地震、遥感、语音、图像、通信等众多领域获得了极其广泛的应用。现代通信的特点是信号数字化, 因此,DSP 在推动当代信息处理数字化方面正发挥着越来越大的作用, 并且随着通信技术的发展, DSP将发挥更大的作用。 一、DSP的特点 1．硬件特点： （1）DSP是属于Modified Harvard架构，即它具有两条内部总线：数据总线、程序总线。程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线，取指和读数可以同时进行，从而可以集合其它的并行处理单元,实现同一指令周期内将操作数据从程序 存储器和数据存储器中取出并送到运算单元，目前已达到90亿次浮点运算/秒（9000MFLOPS）。

（2）采用流水作业。每条指令的执行划分为取指令、译码、取数、执行等若干步骤，由片内多个功能单元分别完成。相当于多条指令并行执行，从而大大提高了运算速度。 （3）独立的硬件乘法器。乘法指令在单周期内完成，优化卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中的大量重复乘法。 （4）循环寻址（Circular addressing），位倒序（bit-reversed）等特殊指令使FFT、卷积等运算中的寻址、排序及计算速度大大提高。 1024点FFT的时间已小于1μs。 （5）独立的DMA总线和控制器。有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA 速度已达800Mbyte/s以上。 （6）多处理器接口。使多个处理器可以很方便的并行或串行工作以提高处理速度。 （7）JTAG（Joint Test Action Group）标准测试接口（IEEE 1149标准接口）。便于对DSP作片上的在线仿真和多DSP条件下的调试。2．软件特点 （1）立即数寻址：操作数为立即数，可直接从指令中获取。例：MOV A，＠0x16；将常数0x16送给寄存器A。

数字信号处理发展过程

数字信号处理技术的发展过程 1.电阻、电容、电感 电阻表现为：理想电阻电压电流特性不随所加频率的改变而变化 电容特性：电容两极间电压不能突变，阻抗随着所加信号频率的增加而减小，常用做滤波，储能。 电感特性：电感两端电流不能突变，阻抗随频率增加而增加，通常用做高频滤波 AC AC AC () di u t L dt = () du i t C dt = i U R = u t t t i i i 2.RLC串联振荡电路分析

AC R L C c du dt i C =R c du dt RC u Ri ==2 2L c d u di dt dt LC u L == 根据KVL 电压定理：2 2c L C c R C d u dt du LC RC dt u U u u u =++=++ 3. 二极管 随着半导体技术的发展，人们发明了二极管，二极管具有单向导通的特性；即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，但是当反向电压超过一定值时，二极管会被反向击穿，此电压成为反向击穿电压U BR 二极管伏安特性：

二极管应用举例2： 或门 4. 晶体管 随着技术的发展，出现了晶体管，晶体管的主要功能是：工作在放大区，能够实现对小信号的放大作用。 基本放大电路工作原理：电流控制型，设置合适的静态工作点，当给基极施加微小的电压信号i u ，基极产生微电流变化B i ，由晶体管的放大作用产生c B i i β=，输出电压CE c C B C V Vcc i R Vcc i R β=-=-

后来出现的场效应管，原理和晶体管类似，为电压控制型，功耗更低。 5.晶体管开关特性 晶体管有三种工作状态： 1、放大区此种状态下集体管处在线性工作状态，能够对信号进行不失真的放大 2、饱和区 3、截至区 当工作在饱和和截止区时，三极管要么导通要么截止，从而三极管具有了开关特性。人们利用三极管的这种性质产生了0和1两种数字电平。

1第一章 数字信号处理和DSP系统

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第1章 数字信号处理和DSP系统
肖 飞

授 课 内 容
一、实时数字信号处理技术的发展 二、数字信号处理器的应用 三、数字信号处理器的特点 数字信号处 的特点 四 德州仪器公司的DSP产品 四、德州仪器公司的 五、DSP芯片的选择 五 片的选择 六、DSP应用系统设计流程 七、DSP软件开发流程
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1 1 实时数字信号处理技术的发展 1.1
典型实时数字信号处理系统的基本部件
A 输入
抗混叠 滤波器
A
ADC
D
数字信 号处理
D
DAC
A
抗镜像 滤波器
A 输出
DAC 数/模转换器（Digital-to-Analog Converter） ADC 模/数转换器（Analog-to-Digital A l t Di it l Converter C t ） 抗混叠滤波器 抗镜像滤波器 （Anti-aliasing g filter） （Anti-image filter）

数字信号处理的现状与前景

数字信号处理的现状与前景 摘要：近年来，随着通信技术的飞速发展，DSP已经成为信号与信息处理领域里一门十分重要的新兴学科，它代表着当今无线系统的主流发展方向。现在，通信领域中许多产品都与DSP密切联系，例如，Modem、数据加密、扩频通信、可视电话等。而寻找DSP芯片来实现算法最开始的目标是在可以接受的时间内对算法做仿真，随后是将波形存储起来，然后再加以处理。由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。 关键字：DSP技术，现状，前景 正文： 数字信号处理器是一种专门用来实现各种信号处理的微处理器。根据使用方法不同可分为专用DSP和通用DSP。专用的DSP是用来实现某些特定的信号处理功能,如数字滤波,FFT等.它不需要编程,使用方便,处理速度快,但是缺乏灵活。通用DSP则有完整的指令系统,通过编程来实现各种信号处理功能. DSP主要是为了满足通信,雷达,数字电视,软件无线电等领域对数字信号处理的需要。 DSP的特点有很多，体现在数学计算密集应用，如典型的数字信号处理算法，包括FFT,数字滤波等,其特点就是数学计算密集。DSP在其体系结构上采取了一系列措施, 使其在数学计算方面具有优越的性能.在通信等领域的调制和解调,雷达中的信号检测中,必须在若干 微秒至毫秒内完成数据处理,并且给出运算结果,这就是所谓实时处理。 DSP发展历程大致分为四个阶段：第一阶段是70年代理论先行，第二阶段是80年代产品普及，第三阶段是90年代突飞猛进，第四阶段是21 世纪再创辉煌。 在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。因此，70年代有人提出了DSP的理论和算法基础。而DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也是由分立组件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航大部门。 随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技