Vlsi Signal Processing VII pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Ieee

作者:Jan Rabaey

出品人:

页数:550

译者:

出版时间:1994-11

价格:USD 70.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780780321236

丛书系列:

图书标签:

• VLSI
• Signal Processing
• Digital Signal Processing
• Integrated Circuits
• Microelectronics
• Algorithms
• FPGA
• ASIC
• Image Processing
• Communications

现代集成电路设计中的信号处理挑战与前沿技术 本书聚焦于当前超大规模集成电路（VLSI）设计领域中，信号处理模块所面临的复杂挑战，以及应对这些挑战的创新性解决方案和前沿技术。 随着摩尔定律的持续推进，集成电路的密度和速度达到了前所未有的水平，这使得对功耗、延迟和噪声的严格控制成为设计的核心瓶颈。本书深入探讨了在这些极端约束下，如何高效地实现复杂的数字和模拟信号处理算法。 本书的叙述结构旨在为高级研究人员、资深工程师以及致力于前沿IC设计的博士和硕士研究生提供一个全面且深入的技术参考。我们避免了对基础理论的冗余回顾，而是直接切入当前工业界和学术界关注的焦点问题，即如何在实际硅片上实现最优的性能-功耗比。 --- 第一部分：高能效信号处理架构的范式转变 本部分着重于介绍在当前功耗预算日益紧张的环境下，信号处理系统的全新架构设计思路。我们不再仅仅关注于算法的数学优化，而是将算法与硬件实现的紧密耦合作为核心设计原则。 第一章：亚阈值与近阈值工作区的系统级优化 讨论了在降低电源电压以追求最低功耗时，CMOS晶体管性能的非线性退化问题。重点分析了在低于标准电压操作时，信号处理链（如滤波器、模数转换器）的鲁棒性分析方法。介绍了一种基于概率建模的功耗-性能权衡框架，该框架能够预测在随机工艺偏差和温度波动下，亚阈值电路的误码率和处理精度。此外，还深入探讨了新型的电压自适应（Voltage-Aware）算法调度技术，使得系统能够动态调整操作电压以匹配瞬时计算负载。 第二章：数据流驱动的并行化与流水线技术 超越传统的冯·诺依依曼架构限制，本章详细阐述了如何利用数据流图（Dataflow Graph）来指导硬件的并行化。讨论了空间域（Spatial Parallelism）和时间域（Temporal Parallelism）的平衡策略。特别关注了在处理大规模矩阵运算（如DNN推理）时，脉动阵列（Systolic Arrays）的灵活配置和重构技术，以适应不同大小和稀疏性的输入数据。介绍了针对特定信号处理任务（如快速傅里叶变换FFT或卷积）的定制化流水线深度优化，以最小化内部存储需求和数据搬运成本。 第三章：存储器层次结构与片上互连的瓶颈解决 在现代信号处理SoC中，数据移动的能耗往往超过了实际的计算能耗。本章将信号处理核心与其存储器子系统视为一个统一的优化问题。详细分析了片上缓存（Cache）的一致性协议在信号处理场景下的开销，并提出了针对专用信号处理加速器（如DSP核、AI加速器）的定制化存储访问模式。探讨了新兴的近存计算（Near-Memory Computing, NMC）技术，例如利用SRAM或RRAM的单元阵列直接执行简单的逻辑操作，从而大幅减少数据从存储器到计算单元的传输距离和功耗。 --- 第二部分：先进信号处理算法的硬件实现挑战 本部分将焦点转向那些对精度、实时性要求极高，并且在传统硬件上难以高效实现的信号处理核心算法。 第四章：高精度有限脉冲响应（FIR）滤波器的高效综合 在音频、通信基带等领域，高阶FIR滤波器是必不可少的组件。本章探讨了如何利用量化效应来优化系数表示。详细介绍了稀疏系数的利用，通过识别和消除零系数来简化硬件结构。深入分析了多速率滤波器组（Multirate Filter Banks）的设计，特别是插值和抽取操作如何与滤波器的乘加运算（MAC）单元紧密集成，实现时钟域之间的无缝、低开销转换。 第五章：低复杂度信道编码与解码的硬件加速 针对5G及未来的无线通信标准对吞吐量和可靠性的双重需求，本章关注Turbo码、LDPC码等现代前向纠错（FEC）技术的硬件实现。重点讨论了迭代解码过程中的内存访问模式优化和前向/反向迭代的流水线化。介绍了如何使用有限域算术（Finite Field Arithmetic）的高效硬件实现，以及如何通过动态调整迭代次数来平衡误码率目标与实时功耗预算。 第六章：实时图像与视频处理中的硬件/软件协同设计 在计算机视觉和实时流媒体领域，处理单元必须具备极高的吞吐量。本章以H.266/VVC或更高标准的视频编码模块为例，分析了运动估计（Motion Estimation）和变换域（Transform Domain）处理的硬件挑战。讨论了预测性旁路（Predictive Bypassing）技术，即通过快速、低精度算法初步判断数据块的复杂度，从而决定是否需要激活高能耗、高精度的完整处理流程。还包括了针对传感器融合和3D重建中点云处理的定制化并行加速器设计。 --- 第三部分：信号完整性与可靠性在纳米工艺下的保障 随着特征尺寸进入纳米级，信号处理单元的物理实现变得极为敏感。本部分关注如何通过设计手段来应对这些物理层面的干扰。 第七章：时钟网络设计与时钟域交叉（CDC）的严格控制 在高速信号处理系统中，时钟抖动（Jitter）和偏斜（Skew）是影响系统稳定性的主要因素。本章详细分析了在深亚微米工艺下，时钟树综合（CTS）的限制，并介绍了自适应时钟调谐技术，用以补偿片上温度梯度引起的时间偏差。针对不同频率的时钟域之间的信号交互，深入探讨了各种异步FIFO和握手协议的鲁棒性设计，特别是针对高位宽数据的传输延迟匹配问题。 第八章：噪声容限与电磁兼容性（EMC）的协同优化 集成电路内部的密集成百上千个开关单元，其产生的瞬态电流和电磁辐射对敏感的模拟信号处理部分（如RF前端或高精度ADC）构成了严重威胁。本章阐述了电源完整性（Power Integrity, PI）分析在信号处理电路布局规划中的应用，包括去耦电容的最佳放置策略。讨论了如何通过特殊的布线技术（如屏蔽走线、差分对）来隔离数字噪声源与敏感模拟路径，确保信噪比（SNR）的指标要求得以满足。 第九章：面向特定应用的混合信号接口优化 现代传感器系统依赖于高精度、高速的模数（ADC）和数模（DAC）转换器。本章聚焦于设计这些接口以匹配复杂的数字基带处理需求。探讨了在有限的芯片面积和功耗预算下，如何实现高阶Sigma-Delta调制器的非线性校正和噪声塑形技术。还包括了对新型ADC架构（如Pipeline、SAR）在面对高速、多通道输入时的通道间串扰（Crosstalk）抑制方法的设计实践。 --- 结论：未来展望 本书的最后，我们对当前正在兴起的量子计算对信号处理算法可能带来的颠覆性影响进行了前瞻性思考，并强调了将机器学习（ML）技术（如神经形态计算）嵌入到专用信号处理硬件中的重要趋势。 本书的价值在于其对“如何高效地在硅片上实现”这一核心工程问题的深度聚焦，为设计者提供了从架构到物理实现层面的全面指导。

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