A Design of Memory-efficient 2k/8k FFT/IFFT Processor using R4SDF/R4SDC Hybrid Structure

This paper describes a design of 8192/2048-point FFT/IFFT processor (CFFT8k2k), which performs multi-carrier modulation/demodulation in OFDM-based DVB-T receiver. Since a large size FFT requires a large buffer memory, two design techniques are considered to achieve memory-efficient implementation of 8192-point FFT/IFFT. A hybrid structure, which is composed of radix-4 single-path delay feedback (R4SDF) and radix-4 single-path delay commutator (R4SDC), reduces its memory by 20% compared to R4SDC structure. In addition, a memory reduction of about 24% is achieved by a novel two-step convergent block floating-point scaling. As a result, it requires only 57% of memory used in conventional design, reducing chip area and power consumption. The CFFT8k2k core is designed in Verilog-HDL, and has about 102,000 Bates, RAM of 292k bits, and ROM of 39k bits. Using gate-level netlist with SDF which is synthesized using a $0.25-{\um}m$ CMOS library, timing simulation show that it can safely operate with 50-MHz clock at 2.5-V supply, resulting that a 8192-point FFT/IFFT can be computed every 164-${\mu}\textrm{s}$. The functionality of the core is fully verified by FPGA implementation, and the average SQNR of 60-㏈ is achieved.

R4SDF/R4SDC Hybrid 구조를 이용한 메모리 효율적인 2k/8k FFT/IFFT 프로세서 설계

OFDM 방식의 DVB-T 수신기에서 다수 반송파의 변ㆍ복조를 수행하는 8192점/2048점 FFT/IFFT 프로세서 (CFFT8k2k)를 설계하였다. 8192점 FFT와 같이 변환 크기가 큰 경우에는 매우 큰 용량의 메모리가 필요하므로, 메모리 효율적인 설계가 중요하다. 본 논문에서는 R4SDC (Radix-4 Single-path Delay Commutator)와 R4SDF (Radix-4 Single-path Delay Feedback)를 혼합한 Hybrid 구조를 적용함으로써 R4SDC 단일 구조에 비해 약 20%의 메모리를 줄였으며, 2단계 수렴 블록 부동점 스케일링 기법을 적용함으로써 기존의 CBFP 방식에비해 약 24%의 메모리를 감소시켰다. 이와 같은 메모리 효율적인 설계를 통해, 기존 방식의 약 57%의 메모리만으로 구현되었으며, 칩 면적과 전력소모가 크게 감소되었다. CFFT8k2k 코어는 Verilog-HDL로 설계되었으며, 102,000여 개의 게이트, 292k 비트의 RAM, 그리고 39k 비트의 ROM으로 구현되었다. $0.25-{\um}m$ CMOS라이브러리로 합성된 게이트 레벨 netlst와 SDF를 이용한 타이밍 시뮬레이션 결과, 2.5-V 전원전압에서 50-MHz로 안전하게 동작함을 확인하였으며, 8192점 FFT/IFFT 연산에 164-${\mu}\textrm{s}$가 소요되어 DVB-T 사양을 만족하는 것으로 평가되었다. 설계된 CFFT8k2k 코어는 FPGA로 구현하여 정상 동작함을 확인하였으며, 8192점 FFT의 평균 SQNR은 약 60-㏈로 분석되었다.