[发明专利]一种高稳定性的CORDIC算法实现电路

说明书

一种高稳定性的CORDIC算法实现电路，属于集成电路技术领域。包括CORDIC算法运算模块和检错纠错模块，CORDIC算法运算模块包括n个级联的CORDIC运算单元，检错纠错模块包括第一寄存器组、第二寄存器组、第一加法器、比较器和选择器，第一寄存器组的输入端连接第m个CORDIC运算单元的输出端，其输出端连接第一加法器和选择器的第一输入端；第二寄存器组的输入端连接第n个CORDIC运算单元的输出端，其输出端连接第一加法器和选择器的第二输入端；比较器的输入端连接第一加法器的输出端，其输出端连接选择器的选择控制端，用于控制将选择器的第一输入端或第二输入端的输入信号作为CORDIC算法实现电路的输出信号。本发明解决了低压下的稳定性问题和容噪技术中硬件开销大的问题。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种高稳定性的CORDIC算法实现电路，尤其适用于工作在低电压下。

背景技术

数字信号处理中的很多变换如快速傅氏变换FFT和离散余弦变换DCT通常都涉及到三角函数的计算。一般来说，在芯片中可以用ROM查找表或者多项式近似等方法来计算三角函数，但ROM查找表存在着精度问题，并且需要大量的存储空间，而多项式近似需要进行大量的浮点运算。坐标旋转数字计算(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)算法就是为了解决三角函数运算的计算量与精度的问题而提出来的。CORDIC算法的核心思想是利用反复迭代逐次逼近正确的结果，当达到系统所要求的精度就可以终止。它的一个显著的优势是可以只需要移位和相加结构就可以计算出所需精度的坐标旋转结果，因此广泛用于数字信号处理和无线通信的硬件设计中。

CORDIC算法的常规实现方式如图1所示，由n个CORDIC单元级联组成，每个CORDIC单元的功能是将其输入端输入的坐标值进行一次固定角度的旋转得到旋转后的坐标值并输出给下一个CORDIC单元，每个CORDIC单元需要旋转的角度依次减小，通过不断判断和修正，最终让经过n个CORDIC单元后完成的总旋转角度接近输入的目标旋转角度Z0，从而达到计算任意旋转角度的目的。

在无线传感网络和便携式设备中，系统对数字信号处理模块的功耗有相当严格的限制。为了降低电路的功耗，降低电路的电源电压往往最有效的方法。但是随着电源电压的降低，电路的关键路径延迟会变大，并且会更容易受到外界噪声干扰、工艺偏差等因素的影响，导致电路的稳定性大大降低。由于关键路径延迟的增加可能会导致电路结果出错，一般在集成电路设计的时候，为了保证电路的稳定性，设计者需要考虑到电路工作的最坏情况。考虑到工艺的偏差、电压温度的变化以及串扰等因素，为了确保电路在各种情况下均能正确工作，设计人员一般会保留大量的时序裕量以保证关键路径的延迟小于时钟周期。而这个时间的裕量往往是通过电压的裕量来体现的，所以电压会设计得相当保守。因此，电路在低压下的稳定性问题限制了电源电压的进一步降低。

如图2所示的容噪技术可以用来减小电路的电压裕量，进一步降低电路的工作电压，从而降低电路的功耗，该容噪技术通常用在阵列乘法器或加法器中。该容噪技术由一个主计算模块，一个估计器，一个加法器，一个比较器和一个选择器组成。输入X经过主计算模块后得到了所需的精确值，又通过估计器得到一个主计算模块的估计值，估计器的关键路径比主计算模块要小。当整个系统电源电压下降，主计算模块的关键路径可能会大于时钟周期，导致输出不确定的值。但是估计器的关键路径要小得多，它可以确保输出一个正确的估计值。通过将主计算模块的输出和估计器的输出进行对比就可以判断主计算模块是否输出了正确的值。然后可以通过选择器来选择是将主计算模块的输出或者是估计器的输出作为整个电路的最终输出。这样做的好处是，在大部分情况下，主计算模块仍然能输出正确的值，但是电源电压却可以更低；小部分情况下主计算模块出错，此时可以选择估计器的值作为最终的结果，这样只是结果的精度差了一点，这在数字信号处理应用中是完全可以接受的。通过牺牲某些情况下的电路精度来减小这个电压设计裕量，可以让电路工作在更低的电压下，并且保证合理的输出。但是容噪技术为了提高电路在低压下的稳定性，当电路出错的时候需要进行相应的补偿。所以容噪技术需要一个额外的电路作为估计器用于检错和纠错，这样导致容噪技术的硬件开销比较大。

发明内容