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高清电视是继电视数字化后的又一个重要的技术变革。高清机顶盒芯片是满足人们观赏高清电视节目需求的重要技术手段。本文分析高速信号的SSN与电路谐振、低峰值功耗与低SSN的数据传输方式、DDR接口电路建模与高阶电路简化、PCB封装芯片协同设计方法和DDR接口的内容保护,在双面板PCB与QFP封装的高清机顶盒芯片与方案的实现上取得了突破。论文的主要贡献和创新性研究成果包括：1.提出了CPU与图像处理模块的低峰值功耗和低SSN的数据传输方式。对DDR接口的SSN现象进行理论分析,在QFP封装的约束条件下提出减少SSN的方法；针对CPU访问DDR的特征,提出了基于DDR标准DM信号的数据重发机制；针对图像处理模块访问DDR的特征,将DDR4标准中实施的DBI技术通过编码在DDR2/DDR3上实现。结果表明在带宽损失较小的代价下实现了低SSN的数据传输。2.提出了双面板PCB与QFP封装下DDR接口电路的理论分析方法,为定量分析双面板PCB与QFP封装的高清机顶盒芯片的DDR接口的改善提供了有效手段。提出了将双面板PCB与QFP封装下DDR接口电路抽象成5阶电路；并根据DDR输出电路的近似条件,当电源与地间去耦电容是负载电容的100倍以上、地上封装电感相对于电源上封装电感可以忽略的情况下,对DDR输出电路进行近似简化,提出了将5阶电路简化成2个2阶电路的线性组合的分析方法；根据2阶电路的阻尼情况的分析,提出了减少SSN的方法。SPICE仿真结果表明该分析方法是有效的。3.提出了PCB、封装和芯片协同设计解决方案,建立了以封装打线为核心的评估系统。根据双面板的特性提出了DDR2与DDR3兼容的方案设计；使用Ruby语言与MetaPost科学绘图系统建立了封装打线快速评估系统与流程,使得PCB设计与封装及芯片的适用性可以在几分钟内完成。在攻读博士期间,作为高清SOC芯片设计任务负责人参与承担国家“核高基”重大专项“数字电视SOC芯片”项目,开发成功国产首款内嵌国产CPU的高清数字电视SOC芯片,并实现大规模市场推广应用。芯片采用TSMC55nm LP工艺完成高清机顶盒芯片的设计、流片与测试工作,对不同阻尼电阻的方案进行DDR眼图测量。电路测量结果表明了电路理论分析的合理性与设计的正确性。并对测量到的DDR信号的不单调性结合QFP的特点提出了理论解释。最终在双面板与QFP封装的芯片方案上的DDR系统的传输速率达到1066bps的设计目标。本文还在芯片的实现过程中提出了基于随机延时注入的RTL级验证方法学,消除了亚稳态现象对系统功能的破坏；提出了一种基于DES对在DDR总线上传输的数字信号实时加密与解密的保护机制,有效阻止通过DDR总线的非法复制,实现了对电视内容的版权保护。本文的研究成果有效降低了高清机顶盒芯片的使用成本,减少了电子污染物排放,并为后续升级换代产品的设计奠定了基础,具有十分重要的经济与社会价值。