低功耗数字滤波器的设计与实现

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2、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研究成果。据我所知，除了义中特别加Ｌ义标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得一电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献巧已在论文中作了明确的说明并表示谢意。ＩＩ■作者签名：日期：年Ｓ月曰论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，，有枚保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本

3、人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或巧描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）重父作者签名导师签名：ｌ脅却ＩＨ期；ｏｆｂ年Ｔ月化日分类号密级注1UDC（题名和副题名）（作者姓名）指导教师（姓名、职称、单位名称）申请学位级别专业学位类别工程领域名称提交论文日期2016.3.15论文答辩日期2016.6.15学位授予单位和日期20166答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DesignandImplementationof

4、Low-powerDigitalFilterAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:IntegratedCircuitEngineeringAuthor:JinpengLiSupervisor:A.Pro.YajuanHeSchool:MicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要近年来，生物医学设备、物联网、可穿戴设备以及手机等便携式设备的发展越来越快，越来越强大的处理功能，越来越快的运行

5、速度，不可避免的带来了庞大的功耗。并且，随着工艺线宽的不断缩小，芯片的功率密度不断上升，然而电池技术一直没有突破性进展，因此电池的续航能力成为了制约这些便携式设备发展的一大重要原因。因此，低功耗技术的发展势在必行。在数字信号处理方向，数字滤波器由于其各种优点被广泛应用，其中FIR滤波器凭借其线性相位特性尤其受到青睐，并且常被应用于如助听器一类的医疗设备中。所以，研究FIR滤波器有非常广阔的应用前景。同时，由于数字电路一般都是根据最差情况设计的，然而这种最差情况极少出现，所以势必会造成资源浪费。因此，可以通过牺牲一部分结果精确度的办法来降低资源消耗，这

6、就是近似计算理论。近似计算理论最早应用于计算机系统中，而后凭借其优秀的效果被广泛应用于各个领域。本文基于近似计算理论，在硬件、功耗等资源消耗与运算结果精确度之间进行权衡，设计了一种低功耗数字FIR滤波器。首先，本文介绍了半导体集成电路的发展趋势和现在所面临的困难，阐述了研究低功耗技术的价值，并对数字信号处理系统的发展作了介绍，分析了设计数字滤波器的意义。其次，本文介绍了数字电路功耗的组成部分，产生原因以及计算方式，从设计层次入手介绍了一些低功耗技术方法，并且介绍了数字滤波器的基础理论与近似计算理论。之后，本文研究了数字电路中非常常用的乘法器，设计了一

7、种非常适用于数字滤波器的，补偿电路简单并且误差较小的基于CSD编码的截位补偿乘法器，在保持性能不变的情况下，可以降低50%的功耗。然后，本文设计了一种基于近似计算理论的，滤波器阶数与系数动态可调的低功耗数字FIR滤波器，并且进行了后端设计与仿真分析，验证了本文所设计低功耗数字滤波器功能正确，并且能够在牺牲一部分计算精度的情况下，大幅度降低功耗，最多可以降低大约70%的功耗。本文所设计的低功耗数字滤波器采用的是0.13μm标准CMOS工艺进行的设计及仿真分析。关键词：低功耗，近似计算，截位补偿，FIR滤波器，CSD编码IABSTRACTABSTRACT

8、Inrecentyears,therapiddevelopmentofbiomedicalequipment