基于CORDIC算法的FFT处理器设计.pdf

【基于CORDIC算法的FFT处理器设计】 快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）是数字信号处理领域中的一种高效算法，广泛应用于通信、图像处理、音频分析等多个领域。FFT能够将离散时间序列的信号转换为其频谱表示，极大地提高了计算效率。然而，传统的FFT算法通常需要大量的乘法操作，这在硬件实现时会增加功耗和成本。 CORDIC（Coordinate Rotation Digital Computer）算法是一种用于计算复数运算的迭代方法，特别适合于没有乘法器的系统。它利用坐标旋转原理，通过一系列简单的加减和位移操作来逼近复数的乘法和反正切等运算，从而在硬件实现中显著减少乘法器的需求。 文章中提出了一种基于CORDIC算法的FFT处理器设计。该处理器的关键在于使用无乘法器的蝶形运算结构，这大大降低了处理器的复杂性和功耗。在MATLAB环境中，通过构建函数模型，研究人员可以调整迭代次数和运算数据的位宽，以优化处理器的性能。 在选择合适的迭代级数和数据位宽后，处理器在MATLAB仿真中可实现高达88分贝的信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）。在添加溢出保护设计后，硬件实现的信噪比可达到80分贝，同时还能减少20.63%的功耗。这种优化设计使得处理器具备了小芯片面积、高精度、低功耗和高信噪比的特点。 在实际应用中，FFT处理器的性能和效率至关重要。通过避免使用乘法器，CORDIC算法帮助实现了FFT处理器的低功耗设计。对于电子系统来说，低功耗意味着更长的电池寿命和更低的运行温度，这对于便携式和嵌入式设备尤其重要。此外，高信噪比意味着更好的信号处理能力，可以提供更准确的频谱分析结果。 文章的贡献在于提出了一种新的FFT处理器设计方法，它不仅在性能上有所提升，还考虑了硬件实现的经济性和实用性。这种方法对于未来数字信号处理器的开发提供了有价值的参考，特别是在需要节省资源和降低功耗的场合。 基于CORDIC算法的FFT处理器设计克服了传统FFT处理器中乘法运算的瓶颈，通过迭代计算和位移操作实现了高效的频域转换。这种设计思路在未来的嵌入式系统和物联网设备中具有很大的应用潜力，特别是在需要实时信号处理和能源效率的场景下。