高速数字串行加法器及其应用

，javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>第三个ｓｌｉｃｅ只用了内部的一个触发器来存储进位，第一、二个ｓｌｉｃｅ之间用进位链连接，延时为０，但是第二、三个ｓｌｉｃｅ之间只能使用普通连线，而且第三个ｓｌｉｃｅ的输入ＣＩＮ到触发器的建立时间较大，因而影响了串行加法器的运行速度。

３ 数字串行加法器的应用

数字串行加法器可以代替传统加法器用在滤波器、乘法器、累加器等电路的设计中，能大大减小资源占用。下面以在ＣＤＭＡ／ＷＣＤＭＡ系统中广泛应用的匹配滤波器为例说明数字串行加法器的应用。

匹配滤波器是一种无源相关技术，它可以快速实现相关器的功能。匹配滤波器的冲激响应为：

h(ｔ)＝ｓ(Ｔ－ｔ) (０≤ｔ≤Ｔ)

设ｓ(ｔ)为输入波形，则其输出波形为:

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可知滤波输出Ｒ(ｔ－Ｔ)是输入信号的自相关函数。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

在ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ等系统中，匹配滤波使用本地码系列来匹配输入到接收机的采样数据。在滤波器中，本地码序列与接收数据进行相乘、求和操作，得到相关值，相关值越大说明相关程度越高。其工作过程如图４所示。匹配滤波器可以使用移位寄存器和加法器来实现，结构如图５所示，其中，滤波器的系数因子ｈ(ｎ)为本地码序列，输入ｘ(ｎ)为接收数据，数据每移位一次，滤波器计算一次输出结果。当移动到两个序列相位对齐时，就产生一个相关峰值输出。

系统对匹配滤波的设计要求是：匹配长度为２５６，输入四路数据，每一路经过７ｂｉｔ量化、速率为７．６８ＭＨｚ，即滤波器的处理速度为４×７．６８＝３０．７２ＭＨｚ。对于这样一个匹配滤波器，有很多种实现方法，例如在高速率下可以通过旋转数据／旋转本地码序列或者通过动态、静态数据互换来简化设计。这些方法都用到一个比较大型的加法树，如果用一般加法器实现，将占用大量的资源，因此有必要加以改进。

设计中用到的加法树有２５６个７ｂｉｔ输入，计算结果为１５ｂｉｔ。采用一般加法器实现的结构如图６(ａ)所示，javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>在ＶｉｒｔｅｘＥ中约占１１００个ｓｌｉｃｅ，资源消耗过大。为了减小资源消耗、提高设计密度，使用上述３ｂｉｔ数字串行加法器对加法树进行改进，改进后的结构如图６(ｂ)所示。由于减小了加法器的运算宽度，大大降低了使用的逻辑资源，整个加法树大约只用５１２个ｓｌｉｃｅ。

使用数字串行加法树完成加法运算需要的时钟周期与加法器的位宽有关，增加加法器的位宽可以减小运算需要的时钟周期、提高滤波器的数据吞吐量，但是也增加了硬件资源的消耗。所以在处理能力满足的条件下，应该选择比较小的位宽。列出了用不同位宽的数字串行加法器实现的加法树的工作频率和占用资源，选用器件为ＸＣＶ２００Ｅ－６ＢＧ３５２，综合工具为ＸＳＴ。

对于本设计，如果使用１ｂｉｔ的数字串行加法器，数据经过加法树之后从７ｂｉｔ扩展成１５ｂｉｔ，所以数据完全输出需要１５个时钟周期。根据这些要求，为了使得滤波器达到３０．７２ＭＨｚ的处理速度，１ｂｉｔ的串行加法器必须工作在１５×３０．７２＝４６０．８ＭＨｚ。如果使用３ｂｉｔ串行加法器，数据完全输出需要１５／３个时钟周期，即加法器的工作频率应为５×３０．７２＝１５３．６ＭＨｚ。３ｂｉｔ的数字串行加法树可以满足设计要求，而资源占用是一般加法树的５０％。

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