24 bitΔΣ数字音频处理芯片DA通路数字部分设计

论文摘要

近年来随着便携式电子产品如手机,MP3播放器,便携式游戏机的销量猛增,市场对于低功耗、低成本、高性能的数字音频编解码芯片的需求也飞速增涨。但由于技术的限制,该产品一直被国外公司如欧胜微电子,Curris Logic ,德州仪器等公司所垄断。国内还没有可以相抗衡的产品面世。这篇论文的目的,就是设计一个24bitΔ∑高性能,低功耗,小面积,高集成度的数字音频处理芯片DA通路的数字部分。由此可以衍生出AD通路的数字部分,组成完整的数字音频编解码芯片以填补国内空白。本文主要包含了以下几个方面的内容:数据转换技术及Δ∑过采样技术的基础知识。首先介绍了采样和量化。然后分析Δ∑调制器的原理,并针对不同结构的Δ∑调制器进行比较。Δ∑数字音频处理芯片DA通路的基本结构及算法。结合硬件实现的特点,选择合适的滤波器及调制器,如级联型的半带滤波器,并对算法进行优化。DA通路数字部分硬件具体设计。分析使用多种数字芯片设计技术以达到低功耗低成本的设计。创新的提出了一种Δ∑数字调制器结构,在保证性能的情况下,面积和功耗都得到大幅度优化。芯片设计流程及测试验证介绍。给出了完整的芯片设计流程,讨论了综合及时序分析。介绍测试验证平台,分析FPGA验证和芯片测试结果,并针对测试过程中出现的问题,给出改进方案。本文的设计最终成功流片。与市场领先的国外同类产品相比,性能相仿,但在面积功耗上有很大优势,性价比很高,获得市场认可,进入批量生产。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 课题背景简介
• 1.2 音频编解码器芯片设计的相关技术
• 1.2.1 Δ∑数据转换技术
• 1.2.2 数字芯片设计技术
• 1.3 论文章节安排
• 2. Δ∑数字音频处理芯片设计原理
• 2.1 Δ∑数据转换技术
• 2.1.1 量化噪声
• 2.1.2 Δ∑调制器原理
• 2.2 Δ∑数字音频处理芯片结构
• 2.3 Δ∑数字音频处理芯片设计难点
• 2.3.1 低成本低功耗设计
• 2.3.2 数字滤波器设计
• 2.3.3 Δ∑调制器设计
• 3. Δ∑数字音频处理芯片DA 通路架构设计与算法优化
• 3.1 设计指标
• 3.2 架构设计
• 3.2.1 插值滤波器设计
• 3.2.2 Δ∑调制器的设计
• 3.3 算法设计
• 3.3.1 高阶级联FIR 半带滤波器
• 3.3.2 串联梳状插值滤波器
• 3.3.3 数字Δ∑调制器
• 4. Δ∑数字音频处理芯片DA 通路硬件实现
• 4.1 硬件实现技术
• 4.1.1 流水线设计
• 4.1.2 有限状态机控制
• 4.1.3 门控时钟
• 4.1.4 CSD 编码
• 4.2 硬件实现优化
• 4.2.1 半带滤波器实现
• 4.2.2 梳状插值滤波器实现
• 4.2.3 数字Δ∑调制器实现
• 4.3 RTL 实现和仿真
• 4.4 综合及时序分析
• 4.4.1 综合、时序分析方法和脚本
• 4.4.2 面积分析
• 4.4.3 时序分析
• 5. Δ∑数字音频处理芯片DA 通路的验证和芯片测试
• 5.1 数字功能验证
• 5.1.1 FPGA 验证平台
• 5.1.2 FPGA 验证结果
• 5.2 芯片测试
• 5.2.1 性能测试
• 5.2.2 功耗测试
• 6. 总结
• 6.1 内容综述
• 6.2 设计成果
• 6.3 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间的论文情况