低功耗CMOS三值四输入全加器设计及其应用

针对传统三值全加器没有充分利用进位的不足,提出一种新型的三值四输入全加器电路结构,并用CMOS设计这种全加器,与传统的三值三输入全加器相比,将原有的输入由3个增加到4个,将原有的进位由二值信号变为三值信号.所提出的三值四输入全加器增加了处理的信息量,提高了进位端的利用率,在较大电路设计中能减少所用加法器模块的数量,并减少所用管子数和降低芯片面积.基于该新型全加器,设计了3个四位三值数串行加法电路.经Hspice模拟,所设计的电路有正确的逻辑功能,与基于传统三值三输入全加器的设计相比,在处理信息量较大的电路设计中具有很好的低功耗特性.     

基于多阈值技术的低功耗D触发器设计

目前CMOS电路中,漏电流功耗已经成为不可忽视的部分.降低电路漏电流功耗的一种有效方法是采用多阈值电路技术.根据多阈值电路设计原理,电路的关键路径采用低阈值晶体管,以保证电路的性能;非关键路径采用高阈值晶体管,以降低电路的漏电流功耗.对于触发器来说,其对时钟的响应部分是一个关键路径,而对信号的响应部分是非关键路径.本文据此设计了一种新型低功耗D触发器--多阈值与非门保持型D触发器.该电路结构简单,降低了电路漏电流功耗,并且当输入保持不变时,时钟信号不作用于内部结点,使内部结点电压保持不变,这进一步降低了电路的功耗.模拟结果表明所设计的D触发器跟传统的D触发器相比,可节省近25%的功耗.     

三值电流型CMOS全加器的改进设计

以开关信号理论为指导,对电流型CMOS电路中如何实现阈值控制进行了讨论.建立了实现阈值控制电路的电流传输开关运算.在此基础上设计了具有阈值控制功能的电流型CMOS三值全加器.通过对开关单元实施阈值控制后,所设计的电路在结构上得到了非常明显的简化,在性能上也获得了优化.HSPICE模拟验证了所提出的电路具有正确的逻辑功能,并且较之以往设计具有更好的瞬态特性和更低的功耗.     

低功耗异或门的设计

在分析了现有典型的异或门电路的基础上，提出了基于传输管逻辑的低功耗异或门的设计．电路实现了内部节点信号的全摆幅，使之具有较强的驱动能力，且避免了后级反相器中亚阈功耗的产生，实现了电路的低功耗．在5、3．3、1．8V电源下，经PSPICE在0．24μm工艺下模拟，与已发表的异或门电路设计相比，新提出的电路功耗和功耗延迟积的改进分别高达36．5％和68．0％，说明本文设计的异或门电路在功耗和延迟方面具有优势．     

一种功控状态保持低功耗C单元设计

提出了一种新的具有状态保持功能的功控低功耗C单元, 该C单元采用高阈值NMOS管作为功控开关, 以减小C单元休眠期间的漏功耗, 并利用交叉耦合的高阈值反相器构成数据保持单元, 保持电路休眠状态时的数据. 版图后仿真结果表明: 该C单元具有正确的逻辑功能, 与传统弱反馈C单元相比, 其漏功耗下降86.6%, 动态功耗下降7.6%, 可在基于功控技术的低功耗异步电路设计中应用.     

低功耗互补传输门绝热逻辑和时序电路的设计

研究了采用二相非交叠功率时钟的绝热触发器及时序电路的设计，介绍了采用二相无交叠功率时钟的互补传输门绝热逻辑（CPAL）电路，并分析了其工作原理．该电路利用nMOS管自举原理对负载进行全绝热驱动，从而减小了电路整体功耗，且CPAL能耗几乎与工作频率无关．提出了性能良好的低功耗绝热D、T和JK触发器，并与其他几种绝热触发器进行功耗比较．给出了绝热时序电路的一般设计方法，并作为实例采用应用绝热D触发器设计了十进制计数器．SPICE程序模拟表明：设计的电路具有正确的逻辑功能及低功耗的优点．     

二值动态BiCMOS电路设计

动态电路在当前低功耗设计中受到越来越多的关注,而兼具CMOS电路及TTL电路优点的BiCMOS电路的应用日益广泛.本文以一种n型BiCMOS动态电路为基础,提出了一种新的二值动态BiCMOS电路的通用结构及设计方法,根据该结构及方法设计的动态电路不仅集成度高、功耗低、速度快、电流驱动能力强,而且结构简单,设计方便.计算机模拟结果证明,设计的电路具有正确的逻辑功能,且速度快,功耗低.     

高性能电流型CMOS显性脉冲触发器设计

提出以电流信号表示逻辑值的电流型CMOS显性脉冲触发器的设计用于低功耗高性能混合集成电路设计中,以减少存储单元开关噪声对电路性能的影响.所提出的电流型CMOS显性脉冲触发器较以往文献中电流型CMOS主从触发器和电流型CMOS边沿触发器晶体管数量分别减少11个和4个,采用TSMC 0.18 μm COMS工艺参数的HSPICE模拟结果表明,所提出的电流型脉冲触发器具有正确的逻辑功能,平均延时分别减少了48.8%和57%,具有结构简单,功耗低和速度快的特性,同时该触发器可方便应用于单边沿和双边沿触发.     

基于DNSGA-Ⅱ算法的三值FPRM电路面积与功耗优化

针对三值FPRM电路面积与功耗综合优化问题,提出一种基于差分非支配排序遗传算法(Differential Non-dominated Sort Genetic Algorithm Ⅱ,DNSGA-Ⅱ)的最佳极性搜索方案.首先在DNSGA-Ⅱ算法中,随机抽取种群个体进行高斯变异而产生变异群体.从Pareto非劣解集和变异群体中抽取父代进行二项式交叉产生子代群体,从而维持算法的多样性.然后,结合DNSGA-Ⅱ算法与三值FPRM电路极性转换技术和低功耗技术,搜索电路面积与功耗的最佳极性.最后对MCNC Benchmark电路进行测试,与GA和NSGA-Ⅱ算法搜索到的结果相比,DNSGA-Ⅱ算法获取的最佳极性电路功耗平均减小19.53%和15.08%,面积平均节省9.01%和6.05%.     

CMOS电路的功耗分析及基于 PSPICE模拟的功耗估计

本文在分析传统直流供电 CMO S电路和新型交流供电 CMOS电路功耗的基础上 ,从系统电源 能耗的角度出发 ,结合 CM OS单元电路的 PSPICE模拟 ,提出了手段较为简便的针对于两类电路单元的 功耗估计方法 ,并具体对两个电路实例进行了功耗估计 . 模拟结果能直观地反映系统内部的开关动作和 能耗特性 .