軟件無(wú)線(xiàn)電設計中ASIC、FPGA和DSP的選擇策略探討

ASIC器件的設計通常經(jīng)過(guò)優(yōu)化以提供卓越的功率性能。但大多數可編程器件的功率將隨器件利用率和時(shí)鐘頻率的增加而急劇增長(cháng)，因此在衡量整體設計的功率分配時(shí)，必須考慮這一因素。

例如，利用Altera公司的20K600可編程邏輯器件(PLD)實(shí)現的4信道下行轉換器只需消耗不到2W的功率，即可實(shí)現每秒2,500萬(wàn)次采樣的輸入數據率。這樣的功率雖然比較高，但對于指定的應用還是可以接受的。如果將輸入數據率提高至每秒6,500萬(wàn)次采樣，那么消耗的功率將達到5W，這超出了許多數字無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品所能承受的功率門(mén)限。

與Altera 20K600相比，在相同的輸入數據率條件下，Analog Devices 公司的AD66244信道下行轉換器ASIC消耗的功率為700mW。
在較低的速率條件下，FPGA的功率利用率通常優(yōu)于高端DSP。為對此加以說(shuō)明，考慮Dish Network公司在數字視頻廣播中采用的糾錯機制。在該系統中速率高達27.647Mbps的多路復用數據采用Reed-Solomon糾錯機制進(jìn)行編碼，該機制為每188個(gè)數據字節直接生成16個(gè)奇偶校驗字節，并生成最大為30Mbps的合成數據率。

在5,000個(gè)時(shí)鐘周期中，TMS320C6203可解碼204個(gè)字節的Reed-Solomon代碼字。為實(shí)現所需的數據吞吐量，在300 MHz頻率下，CPU必須實(shí)現近50%的利用率，而消耗的功率約為1.53W。

與此相反，在Xilinx XCV100E上實(shí)現的Reed-Solomon解碼器設計消耗的功率僅為200mW。這是一個(gè)巨大的改進(jìn)，可以與商用Reed-Solomon ASIC(如Advanced Hardware Architectures公司的AHA4011C)具備的性能相媲美。

器件選擇

表3總結了上述結果。表中每類(lèi)器件按1至5的標度主觀(guān)地設定功率極限，1表示該類(lèi)較差的選擇，而5則表示最佳選擇。

有了上述分析，也就不難得到采用ASIC、FPGA和DSP器件設計軟件無(wú)線(xiàn)電的區分原則，這些原則歸納如下：1. ASIC只需提供可以接受的可編程性和集成水平，通常即可為指定的功能提供最佳解決方案。2. FPGA可為高度并行或涉及線(xiàn)性處理的高速信號處理功能提供最佳的可編程解決方案。3. DSP可為涉及復雜分析或決策分析的功能提供最佳可編程解決方案。

隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，DSP、ASIC和FPGA將在芯片上支持更多的功能，這進(jìn)一步模糊了三者之間的界限。而對于軟件無(wú)線(xiàn)電設計人員，這意味著(zhù)他們在今后的設計中將面臨更難的選擇。