现代信号处理电路设计概论

现代信号处理系统的核心组件

现代信号处理系统主要由以下几个关键部分组成：

1. 数据转换：涉及模拟到数字（AD）和数字到模拟（DA）的转换，以及串行到并行和编码解码转换。
2. 数据交互：涵盖内部和外部的数据传输机制。
3. 数据处理：负责底层运算单元的管理和操作。

FPGA凭借其灵活的结构特性，在现代信号处理电路中扮演着重要角色。它可以作为逻辑控制核心、存储控制核心和底层运算单元，具体应用于：

1. 时钟管理
2. 芯片控制
3. 数据接口管理
4. 流水线式计算

采用自顶向下的设计方法，可以更高效地实现复杂的数字系统。

数据转换：AD与DA电路

AD转换过程包括采样、保持、量化和编码四个步骤。根据奈奎斯特采样定理，AD电路将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。其关键性能指标有：

• 分辨率
• 量化误差
• 绝对精度
• 相对精度
• 转换时间
• 量程

相反，DA电路则用于将数字信号还原成模拟信号，其主要参数包括：

• 分辨率
• 稳定时间（转换时间）
• 绝对精度
• 建立时间

数据交互机制

数据交互分为低速和中高速两种类型：

1. 低速数据交互通过D触发器及其采样时钟进行同步或异步锁存。
2. 中高速数据交互方式包括LVDS差分接口电路和SerDes串行化/解串行化技术。

数据处理单元

常见的数据处理设备有：

• 单片机（MCU）
• 数字信号处理器（DSP）
• ARM架构处理器
• 图形处理单元（GPU）

总结：

1. 使用高密度FPGA构建专用信号处理系统。
2. 开发定制化的ASIC芯片以满足特定需求。
3. 利用现有的微处理器IP核和外围电路构建个性化的IC解决方案。

此外，ALTERA和XILINX是两大主流PLD供应商，其中XILINX更是FPGA技术的先驱。

CPU体系结构概述

CPU遵循冯·诺依曼架构，即程序和数据共享同一存储器的不同地址空间。该架构的特点在于：

1. 指令和数据共用同一总线。
2. 指令和数据存储在同一存储器中。
3. 指令按顺序执行。

相比之下，哈佛结构则将指令和数据分开存储，提高了并行处理能力。