从算法到电路:数字芯片算法的电路实现电子书

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第1章 芯片算法与数字电路设计

1.1 芯片研发的流程

1.1.1 芯片公司的分类

1.1.2 芯片设计流程

1.2 芯片数字电路设计与算法的关系

1.2.1 预研阶段

1.2.2 系统架构确定阶段

1.2.3 实际电路设计阶段

1.3 芯片验证与算法的关系

1.3.1 普通验证

1.3.2 算法验证

1.4 算法工具和数字开发工具

1.5 数字开发工程师掌握算法知识的必要性

1.5.1 算法的具象化

1.5.2 算法的定点化

第2章 数字电路设计的算法基础

2.1 电路中有符号数的表示

2.1.1 无符号的信号对应的实体电路

2.1.2 有符号的信号对应的实体电路

2.1.3 补码罗盘

2.1.4 补码的优势

2.2 信号位宽

2.2.1 无符号整数信号的位宽

2.2.2 无符号浮点信号的位宽

2.2.3 有符号信号的位宽

2.2.4 特殊取值范围的位宽处理

2.2.5 MSB和LSB

2.2.6 信号的范围和精度

2.2.7 信号变化范围的确定

2.2.8 运算结果的位宽

2.3 溢出保护

2.3.1 什么是溢出

2.3.2 是否需要溢出保护

2.3.3 无符号信号的溢出保护

2.3.4 有符号信号的溢出保护

2.4 截位与四舍五入

2.4.1 截位的数学本质

2.4.2 四舍五入的设计方法

2.5 浮点数在电路中的定点化

2.6 signed声明和注意事项

2.7 从算法到RTL实现的转化流程

第3章 加法电路设计

3.1 实现加法器的方法

3.2 全加器的实现

3.3 超前进位加法器的实现

3.4 逻辑优化和面积对比

3.5 浮点数加法的电路实现

3.6 有符号数加法的电路实现

第4章 乘法电路设计

4.1 用综合器实现乘法电路

4.2 基于加法迭代的乘法电路

4.3 基于CORDIC的乘法电路

4.3.1 CORDIC原理

4.3.2 线性坐标系对CORDIC通式的简化

4.3.3 线性坐标系旋转模式下的CORDIC运算

4.3.4 算法建模

4.3.5 电路实现

4.4 不同实现方式的面积与性能比较

4.5 浮点乘法的电路实现

4.6 有符号数乘法的电路实现

第5章 除法电路设计

5.1 用综合器实现除法电路

5.2 线性迭代除法电路

5.2.1 算法建模

5.2.2 电路实现

5.3 基于CORDIC的除法电路

5.3.1 线性坐标系向量模式下的CORDIC运算

5.3.2 算法建模

5.3.3 电路实现

5.4 不同实现方式的面积与性能比较

5.5 复数除法电路

5.5.1 复数的原理和应用

5.5.2 复数除法方案

5.5.3 电路实现

第6章 常用数字信号处理电路设计

6.1 基于CORDIC的正余弦波发生器

6.1.1 圆坐标系对CORDIC通式的简化

6.1.2 圆坐标系旋转模式下的CORDIC运算

6.1.3 算法建模

6.1.4 电路实现

6.2 基于查表法的正余弦波发生器

6.2.1 查表法的优缺点

6.2.2 查表数据的构造以及用脚本生成Verilog格式的方法

6.2.3 查表法结构设计

6.2.4 查表法与CORDIC法的面积对比

6.2.5 查表法对算法电路设计的启示

6.3 反正切运算电路

6.3.1 圆坐标系向量模式下的CORDIC运算

6.3.2 算法建模

6.3.3 电路实现

6.4 复数求模电路

6.4.1 算法原理

6.4.2 算法建模

6.4.3 电路实现

第7章 滤波器基础概念

7.1 频率和相位

7.2 信息的传递方式

7.3 带宽

7.4 滤波器的作用

7.5 滤波器的功能类型

7.6 滤波器关注的指标

7.7 滤波器的响应特性

7.8 滤波器的结构类型

7.9 FIR滤波器的结构

7.10 系统函数

7.11 一拍延迟对应的Z变换

7.12 在已知频域响应的前提下求FIR的抽头系数

7.13 相移滤波和频谱奇对称

7.14 频谱复制情况下的抽头

7.15 使用频域扫描方式获取滤波器抽头的应用场景

第8章 滤波器电路设计

8.1 低通滤波器

8.1.1 滤波器设计工具

8.1.2 设计命题说明

8.1.3 抽头个数和数值的确定

8.1.4 自动生成滤波器电路

8.1.5 手工编写滤波器电路

8.1.6 低通滤波器的验证

8.2 高通滤波器

8.2.1 抽头个数和数值的确定

8.2.2 电路实现与验证

第9章 ΣΔADC电路设计

9.1 ADC概述

9.1.1 ADC的本质

9.1.2 ADC的性能指标

9.1.3 ADC的参考电压

9.1.4 ADC的符号

9.2 ΣΔADC的组成

9.3 简单ΣΔ结构及其特征

9.4 复杂ΣΔ结构

9.4.1 高阶噪声滤波与一阶噪声滤波的性能比较

9.4.2 Mash1-1-1结构

9.4.3 Mash2-1-1结构

9.4.4 ΣΔ结构的算法建模

9.5 抽取滤波器概述

9.6 题设

9.7 滤波器的性能指标

9.8 CIC滤波器

9.8.1 滤波器结构

9.8.2 算法建模

9.8.3 电路实现

9.9 CIC补偿滤波器

9.9.1 算法建模

9.9.2 电路实现

9.10 半带滤波器

9.10.1 算法建模

9.10.2 电路实现

9.11 用CSD方法进行抽头乘法运算

9.12 抽取滤波的整体效果

第10章 锁相环小数倍分频器的电路设计

10.1 锁相环的基本结构

10.2 对ΣΔ结构的改进

10.3 电路实现与验证

第11章 CRC校验电路设计

11.1 校验技术概述

11.2 CRC校验原理

11.3 常用的生成多项式

11.4 用MATLAB计算CRC校验信息

11.5 CRC的电路实现

11.6 CRC电路实现与CRC原理

11.7 校准结果的验收

11.8 CRC的应用

第12章 IEEE754浮点运算单元的设计

12.1 用数字硬件实现IEEE754浮点运算的意义

12.2 IEEE754的协议格式

12.3 IEEE754表示法中的特例

12.3.1 表示0的方法

12.3.2 表示无穷大的方法

12.4 IEEE754浮点运算单元的结构

12.5 IEEE754解析器的设计

12.6 加减法处理单元的设计

12.7 乘法处理单元的设计

12.8 除法处理单元的设计

12.9 乘除法结构的改进措施

12.10 APB接口设计

12.11 模块顶层设计

12.12 浮点运算单元的软件验证和性能对比

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