摘要：可編程DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）在數(shù)字峰窩電話中已廣泛應(yīng)用。本文闡述了DSP在目前標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用情況，展望了未來DSP向低功耗方向發(fā)展的趨勢。

    關(guān)鍵詞：DSP  移動(dòng)通信  低功耗

目前移動(dòng)終端結(jié)構(gòu)中有兩種主要趨向。一種是面對(duì)不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)使用可編程DSP的靈活性；另一種是強(qiáng)調(diào)用專用集成電路（ASIC）實(shí)現(xiàn)的高效性。將來這兩個(gè)方面必將結(jié)合起來。

DSP在GSM中的應(yīng)用

GSM的功能框圖如圖1所示。圖中一個(gè)典型的數(shù)字通信模塊包括：信號(hào)壓縮、差錯(cuò)檢測、加密、調(diào)制和均衡。最初，人們認(rèn)為低功耗要求意味著大部分GSM終端將用ASIC來實(shí)現(xiàn)，但隨著技術(shù)的發(fā)展，DSP和ASIC在功耗方面的差異就顯得不是那么重要了。

在GSM階段1里編碼器用RPELTP（短形脈沖激勵(lì)線性預(yù)溫編碼）技術(shù)將語音壓縮到13Kb/s，大多數(shù)硬件工程師都認(rèn)為話音編碼器應(yīng)該由DSP來實(shí)現(xiàn)。并且，一旦DSP應(yīng)用玩弄“不斷升級(jí)”的任務(wù)中去，它就顯得功能強(qiáng)大了�，F(xiàn)在DSP在如圖1所示的功能圖中，開始承擔(dān)物理層的其它功能了。

在演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)中靈活性是非常重要的。GSM階段2中引進(jìn)了增強(qiáng)全速率（EFR）和半速率（HR）話音編碼。半速率在達(dá)到相同的語音質(zhì)量的情況下，壓縮速率更高，達(dá)到5.6Kb/s，但代價(jià)是復(fù)雜性增加。增強(qiáng)全速率能夠提供更好的話音質(zhì)量和性能，其代價(jià)是復(fù)雜度更高，它是應(yīng)用一種叫做矢量和激勵(lì)線性預(yù)測（VSELP）的算法來實(shí)現(xiàn)的。

隨著這些變化，物理層的性能越來越好，費(fèi)用越來越低，功率更節(jié)省。因此，每一代移動(dòng)終端的物理層都同前一代有一些微小的差別，而基于ASIC的解決方案的升級(jí)就比較困難而且代價(jià)也比較大。因?yàn)楝F(xiàn)在有專門為無線應(yīng)用設(shè)計(jì)的低功耗DSP，用ASIC實(shí)現(xiàn)DSP完成的功能而節(jié)省的功率不足以讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)師放棄用DSP設(shè)計(jì)的靈活性。1994年以后，單片DSP芯片的功能已經(jīng)很強(qiáng)大，甚至可以用單片DSP芯片實(shí)現(xiàn)基帶的所有功能。為了節(jié)省功率和縮小電路板的體積，幾種DSP芯片，如Motorola56652和TI的數(shù)字基帶平臺(tái)都集成了RISC（精簡指令集計(jì)算機(jī)）微控制器去處理協(xié)議和人機(jī)界面，這樣就可以讓DSP去專門做通信算法的任務(wù)。

隨著GSM移動(dòng)終端的演進(jìn)，它已經(jīng)逐漸發(fā)展到不僅僅實(shí)現(xiàn)簡單的電話功能，這就使得不僅僅在物理層而且在其它層也可以用到DSP。尤其是隨著第三代移動(dòng)通信的到來，無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，這一趨勢將會(huì)加速。

DSP向低功耗發(fā)展的趨勢

新一代DSP增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和處理能力提供了更好的性能并且功耗更低，適合電池供電的應(yīng)用。我們知道許多通信算法是乘和累加（MuAcc）運(yùn)算，它包含從存儲(chǔ)器取兩個(gè)操作數(shù)，執(zhí)行乘法和累加，然后將結(jié)果放回到存儲(chǔ)器。所以我們用每百萬個(gè)MuAcc消耗的mW來評(píng)估DSP的功率消耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前DSP的功耗每18個(gè)月就降低一半。由于DSP用的靜態(tài)邏輯，主要的功率消耗就是對(duì)器件內(nèi)部電容的充放電上，這個(gè)動(dòng)態(tài)的功率消耗如下式所示：

p=ac×V擺幅×V電源×f

上式中P代表消耗的功率，a代表每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的周期數(shù)，v擺幅和v電源相等，f代表頻率。整個(gè)芯片的動(dòng)態(tài)功率消耗是電路里所有節(jié)點(diǎn)的P的和。從上式看到，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)功率消耗同供電電壓的平方成正比，那么降低供電電壓對(duì)節(jié)省功率是很重要的。例如，將供電電壓從3.3V降低到1.8V功率消耗降低了3.4倍。但是，僅僅降低供電電壓而不改進(jìn)技術(shù)，是不完善的。因此在降低供電電壓的同時(shí)還要改進(jìn)技術(shù)才能使性能提高和功耗下降。

下面我們以TI的TMS320C54x為例，介紹它的低功耗設(shè)計(jì)。TMS320C54x是專門為無線通信應(yīng)用而設(shè)計(jì)的DSP芯片。另外，隨著無線市