低功耗的常系数乘法器的设计

《低功耗的常系数乘法器的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、一种低功耗的常系数乘法器的设计李京沈泊专用集成电路与系统国家重点实验室（复旦大学）摘要：本文基于并行乘法器结构设计了一种新型的低功耗常系数乘法器。它采用了CSD(Canonicalsign-digital)编码，WallaceTree乘法算法，结合采用了截断处理，变数校正的优化技术，实现了一种适用于DCT/IDCT变换的常系数乘法器。该乘法器的输入字长为15bits（Q3格式）输出字长为15bits（Q3格式），常系数字长为15bits（Q14格式）。采用SMIC0.18um2工艺进行综合，本设计的面积为13974µm，并

2、在100MHZ的时钟频率下功耗为0.69mw。通过与其它算法实现的乘法器进行分析与比较，说明了本设计在满足性能的同时，实现了较小的面积与较低的功耗。关键词：低功耗常系数乘法器CSD编码WallaceTree变数校正DCT/IDCT变换ALowPowerDesignofConstantCoefficientMultiplierLiJingShenBoStateKeyLaboratoryofASIC&System(FudanUniversity)Abstract:Inthispaperalowpowerconstantcoef

3、ficientmultiplierusingCSD(Canonicalsign-digital)codingWallaceTreeadditionalgorithmispresented.Toreducetheareaandpowerconsumptionofthemultiplier,truncationandvariablecorrectionareadopted.Forquantitativeanalysistheperformance,themultipliersaresynthesizedinSMIC0.18um

4、Technology.Theproposeddesign2hasameasuredpowerdissipationof0.69mwandareaof13974µmat100MHZ,whichisbetterthanotherconstantcoefficientmultipliers.Keywords:LowPower,ConstantCoefficientMultiplier,Canonicalsign-digital,WallaceTree,VariableCorrection,DCT/IDCT1引言素。尤其是功耗，正

5、日益成为高性能芯片的设计瓶颈。因此，设计一个高速，低功耗，适合VLSI实常系数乘法器在很多实时信号处理场合有着现的常系数乘法器具有重要意义。广泛的应用，例如在DFT(DiscreteFourier现有的乘法器主要有两种结构，一种是以DATransforms)，DCT(DiscreteCosineTransforms)等数（DistributedArithmetic）算法实现的乘法器，另一字信号处理电路中，常系数乘法器是一个重要的功种是以改进型BOOTH算法实现的乘法器。能部件。以DA算法实现的乘法器将部分积预先存放在尽管速

6、度是常系数乘法器一个主要的设计指ROM中，用ROM与累加器代替乘法器，从而降低标，但面积与功耗同样也是在设计中重要的考虑因硬件的消耗。由于DA算法结构中数据的串行操作1导致运算效率的降低，因此它需要相对较高的工作半加器频率来完成乘法运算，这就导致以DA算法实现的全加器乘法器功耗相对较高。改进型BOOTH算法通过减少部分积的数量来和数进位优化乘法操作，但是由于在改进型BOOTH算法中乘数与被乘数都不是常数，因此其面积与功耗均较大。本文基于并行乘法器结构设计了一种新型的低功耗常系数乘法器。它采用了CSD(Canonicalsi

7、gn-digital)编码，WallaceTree乘法算法，结合采用了截断处理，变数校正的优化技术，实现了一种图1全精度CSDWallaceTree常系数乘法器适用于DCT/IDCT变换的常系数乘法器。本文的内容安排如下：在第二节将讨论常系数在许多应用中，包括在DCT/IDCT变换当中为乘法器原理以及实现算法；第三节将研究适用于了避免字长过长导致不必要的硬件开销，需要进行DCT/IDCT变换的常系数乘法器设计；最后，通过园整与截断操作，即将部分积中的一部分最低有效与其它算法实现的乘法器进行分析与比较，说明了字符列截断。进行

8、截断处理有助于减少乘法器的面这种新型常系数乘法器的优点。积，降低功耗以及减少延迟时间。2常系数乘法器原理及实现算法在常系数乘法器的设计当中有一个操作数是固定的，因此可以通过对该操作数的优化来减少部分积的数量从而减少硬件的消耗。CSD编码是一种三元数值编码系统，即将符号数用（－1，0，1）来表示。对于任一