随着科技的进步,人类生活水平的提高,人们对音频播放的质量也提出了更高的要求。数字音频处理技术以其更高的保真度(采样精度高和采样频率高)、处理过程中不易混入噪声(不受温度和电压等因素的影响)、实现方式简单多样等优点已经逐步取代了传统的模拟音频处理方式。目前,高性能数字音频处理器已经被广泛的应用于笔记本、汽车音响、手机、家庭影院等设备中。因此设计一款高性能、多功能、高保真的数字音频处理专用芯片具有十分重要的现实意义。本论文来源于西安电子科技大学电路CAD所科研项目“高速电子电路电磁制造技术研究/数字音频功放与智能型光电传感集成电路关键技术”,深入研究了音效处理的算法,结合目前主流数字音频处理的系统结构,设计并实现了一款可编程的高性能数字音频处理器。本论文的主要研究内容和成果如下:1.在音效处理过程中,采用了多采样率变化技术以支持更高的采样频率,系统最高可支持192KHz的采样频率,为了突破主时钟频率的限制,改进了插值和抽取滤波器的实现结构,不仅节省了时钟资源,而且将存储资源降低至传统的一半。2.针对传统3D音效处理过程计算量大、存储量大等缺点,提出了一种新的3D音效算法。该算法具备结构简单,计算量小等优点。3.在音量控制方面加入了多频段AGL,实现了更加丰富的动态范围控制。本设计将传统的频率分割器实现结构进行优化,减少了滤波器的使用,从而减小芯片面积。4.改进了音效均衡器单元的硬件实现结构,在计算量保持不变的情况下,将存储资源降低至传统的一半。5.提出了一种3阶Mash结构的音频sigma-delta(Σ-Δ)DAC。该数模转化器采用一阶相位累加器来实现传统的Σ-Δ架构,并将其使用硬件描述语言来实现,这样整个系统均采用数字实现,从根本上解决了各级间的失配问题,从而提高系统性能。实测芯片得到的SNDR高达到90dB,THD+N保持在0.4%以内。本论文首先介绍了该数字音频处理的整体架构;然后对各个子模块的算法进行研究,采用MATLAB中simulink仿真工具进行验证,并对算法进行优化;接着使用verilog语言实现各个模块,并对各个子模块的RTL级代码,进行详细的仿真验证;然后使用FPGA对整个数字音频处理过程进行原型验证,确保其在时序和功能上能满足硬件实现的要求;接着采用Magnachip 180nm 1P4M标准CMOS工艺进行数字后端设计,生成最终的流片版图;最后再对芯片的功能和性能进行详细的测试。