A 8192-point pipelined FFT/IFFT processor using two-step convergent block floating-point scaling technique

An 8192-point pipelined FFT/IFFT processor core is designed, which can be used in multi-carrier modulation systems such as DUf-based VDSL modem and OFDM-based DVB system. In order to improve the signal-to-quantization-noise ratio (SQNR) of FFT/IFFT results, two-step convergent block floating-point (TS_CBFP) scaling is employed. Since the proposed TS_CBFP scaling does not require additional buffer memory, it reduces memory as much as about 80% when compared with conventional CBFP methods, resulting in area-and power-efficient implementation. The SQNR of about 60-㏈ is achieved with 10-bit input, 14-bit internal data and twiddle factors, and 16-bit output. The core synthesized using 0.25-$\mu\textrm{m}$ CMOS library has about 76,300 gates, 390K bits RAM, and twiddle factor ROM of 39K bits. Simulation results show that it can safely operate up to 50-㎒ clock frequency at 2.5-V supply, resulting that a 8192-point FFT/IFFT can be computed every 164-${\mu}\textrm{s}$. It was verified by Xilinx FPGA implementation.

2단계 수렴 블록 부동점 스케일링 기법을 이용한 8192점 파이프라인 FFT/IFFT 프로세서

DMT 기반의 VDSL 모뎀, OFDM 방식의 DVB 모뎀 등 다중 반송파 변조 시스템에서 핵심 블록으로 사용되는 8192점 FFT/IFFT 프로세서를 설계하였다. 새로운 2단계 수렴 블록 부동점 (two-step convergent block floating-point; TS_CBFP) 스케일링 방법을 제안하여 설계에 적용하였으며, 이를 통해 FFT/IFFT 출력의 신호 대 양자화 잡음 비 (signal-to-quantization-noise ratio; SQNR)가 크게 향상되도록 하였다. 제안된 TS_CBFP 스케일링 방법은 별도의 버퍼 메모리를 사용하지 않아 기존의 방법에 비해 메모리를 약 80% 정도 감소시키며, 따라서 칩 면적과 전력소모를 크게 줄일 수 있다. 입력 10-비트, 내부 데이터와 회전인자 14-비트, 그리고 출력 16-비트로 설계된 8192점 FFT/IFFT 코어는 약 60-㏈의 SQNR 성능을 갖는다. 0.25-$\mu\textrm{m}$ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과. 약 76,300 게이트와 390K 비트의 RAM, 그리고 39K 비트의 ROM으로 구현되었다. 시뮬레이션 결과, 50-MHzⓐ2.5-V로 안전하게 동작할 것으로 평가되었으며, 8192점 FFT/IFFT 연산에 약 164-$\mu\textrm{s}$가 소요될 것으로 예상된다. 설계된 코어는 Xilinx FPGA에 구현하여 정상 동작함을 확인하였다.