用于加法器的功耗延迟积优化混合进位算法

为了实现高性能的加法器,提出了面向功耗延迟积(PDP)优化的混合进位算法。该算法能快速搜索加法器的混合进位,以优化PDP。采用超前进位算法和行波进位算法交替混合,兼具超前进位算法速度快和行波进位算法功耗低的特点。该算法采用C语言实现并编译,结果应用于MCNC Benchmark电路,进行判定测试。与应用三种传统算法的加法器相比,应用该算法的加法器在位数为8位、16位、32位和64位时,PDP改进量分别为40.0%、70.6%、85.6%和92.9%。

低功耗三输入AND/XOR门的设计

三输入AND/XOR门是Reed-Muller(RM)逻辑电路的一种基本复合门电路单元.针对现有AND/XOR门电路由AND门和XOR/XNOR门级联而成,导致电路延时长、功耗大等问题,提出一种晶体管级的CMOS逻辑和传输逻辑混合的低功耗三输入AND/XOR门电路.首先在55nm CMOS工艺下,对所设计电路进行原理图和版图设计;然后对版图进行寄生参数提取,并在不同工艺角下与基于典型级联结构的电路进行后仿真分析和比较.实验结果表明,在典型工艺角下,所提出的电路的面积、功耗和功耗延迟积的改进最高分别达到18.79%,26.67%与31.25%.

低功耗、高性能多米诺电路电荷自补偿技术

提出了一种电荷自补偿技术来降低多米诺电路的功耗,并提高了电路的性能.采用电荷自补偿技术设计了具有不同下拉网络(PDN)和上拉网络(PUN)的多米诺电路,并分别基于65,45和32nmBSIM4SPICE模型进行了HSPICE仿真.仿真结果表明,电荷自补偿技术在降低电路功耗的同时,提高了电路的性能.与常规多米诺电路技术相比,采用电路自补偿技术的电路的功耗延迟积(PDP)的改进率可达42.37%.此外,以45nmZipperCMOS全加器为例重点介绍了功耗分布法,从而优化了自补偿路径,达到了功耗最小化的目的.最后,系统分析了补偿通路中晶体管宽长比,电路输入矢量等多方面因素对补偿通路的影响.

高速低耗BiCMOS OC门及其线与逻辑系统

为了满足高速度、低功耗数字逻辑系统的应用需求,运用改进电路内部结构和优化选取器件参数的方法,设计了4种双极互补金属氧化物半导体集电极开路(BiCMOS OC)门,并且用它们构成了线与逻辑系统;藉助两个BiCMOS OC门线与系统推导出其上拉电阻RL的计算式;对所设计的4种BiCMOS OC门和一种传统的TTL OC门线与系统进行了仿真试验和硬件电路试验.长工验数据和分析结果表明,所设计的BiCMOS OC门线与系统的电源电压均可为2.6-4.0V,工作速度与TTL OC门线与系统相接近,在60 MHz测试条件下它们的功耗比TTL OC门减少4.77-5.68 mW,且它们的延迟-功耗积平均降低了45.5%.

三种低压高速低耗BiCMOS三态逻辑门

采用0.35μm BiCMOS工艺技术，设计了三种高性能的BiCMOS三态逻辑门电路，并提出了改进三态门电路结构和优化器件参数的方法和措施。仿真和实验结果表明．所优化设计的BiCMOS三态门的电源电压均小于3.3V，工作速度比常用的CMOS三态门快约5倍。功耗在60MHz下仅高出约2．2～3．7mW．而延迟一功耗积却比该常用的CMOS三态门平均降低了38．1％，因此它们特别适用于低压、高速、低功耗的数字系统。

一种瞬态限流的全NMOS译码器设计方法

针对低温多晶硅(low temperature poly-silicon,LTPS)和低温多晶氧化物(low temperature polycrystalline oxide,LTPO)工艺下的有机电致发光显示器(organic light emitting diode,OLED)电路设计时,驱动译码电路瞬态产生大电流引起的闩锁效应烧坏器问题,提出一种具有瞬态电流限制能力的全N增强型金属氧化物半导体(N-enhancement type metal oxide semiconductor,NMOS)场效应管的译码器电路设计方法。该方法基于树状网络进行译码和限流,利用支路简并方法进行逻辑化简,采用共源共栅结构中的输出阻抗限制译码瞬态过程的最大电流;在SMIC 180 nm CMOS工艺下完成设计,核心电路面积为470.69μm^(2)。2种不同输入条件下的仿真结果表明,采用格雷码对输入激励进行编码的5-32全NMOS译码器的功耗延迟积仅为9.77×10^(-20)J·s,比同等工艺、电源电压、温度条件下设计的CMOS 5-32译码器降低了81.8%;瞬态译码时的最大电流为11.69μA,比CMOS 5-32译码器降低了99.44%。

三输入高性能AND/XOR复合门电路设计

针对现有"与/异或"(AND/XOR)复合门级联设计电路存在功耗大、延时长等不足,提出一种基于晶体管级的三输入AND/XOR复合门电路结构.通过采用多轨结构、缩短传输路径以及混合CMOS逻辑设计方法,克服了原有电路中单一逻辑和单轨结构信号路径长的不足,进而提高了电路性能.在55nm的CMOS技术工艺和PTM多种工艺下,经过HSPICE模拟和Cadence提取版图的后仿真,显示所设计的电路具有正确的逻辑功能,相较于采用门电路级联而成的AND/XOR电路,本电路在不同负载、频率和PVT组合等情况下的延时、功耗和功耗延迟积(PDP)都得到了明显改善.

降低STI效应的D触发器标准单元设计

在深亚微米集成电路中,浅槽隔离(STI)效应会影响电路的性能。将NMOS管的源极有源区长度增大后,STI效应的影响会减小,D触发器的功耗延迟积也会随之减小。TCAD器件仿真同时显示,这种减小不是无限度的。这是因为STI隔离存在非理性因素,随着STI宽度减小,器件之间的漏电流也会增大。对减小STI效应的D触发器电路进行了仿真,增加NMOS有源区长度0.1?m时,其功耗延迟积比原来降低了3%。利用建库工具将D触发器的时序和功耗等信息抽取成库文件,可供数字电路综合时调用,将其做成标准单元后,加入到SMIC65nmCMOS库中可以应用于低功耗的半定制数字集成电路设计。

浅谈后摩尔定律时期微电子技术的发展

根据理论研究和国际半导体技术发展路线图(ITRS),传统的硅基CMOS正在接近其极限。为了使微电子技术得以继续发展,最近提出了许多基于多种不同机制的新兴器件,它们可能作为下一代的微电子技术的支柱。但是,作为经典的、二能级开关,这些新兴器件也都受到量子力学和热力学的限制。为了克服这两个基本限制,更大的提高ULSI系统的性能,需要发展功能比二值开关更高的器件或者提出新型的、不同于传统的信息处理系统模型。本文将从器件功耗延迟积的角度来讨论这个问题。

模/ 数混合集成电路中的数字开关噪声分析

本文分析了静态CMOS逻辑开关在模 数混合集成电路中的开关特性、噪声特性、功耗及功耗延迟积等对其性能的影响 ,并提出用电流控制逻辑结构代替静态CMOS逻辑 。

模/数混合集成电路中的数字开关噪声分析

本文分析了静态 CMOS逻辑开关在模 /数混合集成电路中的开关特性、噪声特性和功耗及功耗延迟积等性能的影响 ,并用电流控制逻辑结构代替静态 CMOS逻辑 。

三维集成电路的性能计算

基于2003ITRS、热阻经验公式、Elmore时延模型和三维集成电路互连模型,本文估算分析单栅SOI-CMOS三维集成电路的热阻θ,简介分析功耗延迟积PDP的计算结果,估算分析阈值电压的工艺容差6б。应用VC++链接Matlab,计算研究发现:主要源于垂直互连的贡献,针对90nm-45nm技术代,选取器件层m为4-8时,存在负载为N门m层的单栅SOI-CMOS与非门三维电路的热阻梯度和功耗延迟积各自的最优值。随着技术一代一代地发展,芯片热阻和阈值电压的工艺容差成为极大的工艺挑战。

三种改进结构型BiCMOS逻辑单元的研究

为满足低压、高速、低耗数字系统的应用需求 ,通过采用改进电路结构和优化器件参数的方法 ,设计了三种改进结构型BiCMOS逻辑单元电路。实验结果表明 ,所设计电路不但具有确定的逻辑功能 ,而且获得了高速、低压、低耗和接近于全摆幅的特性 ,它们的工作速度比高速CMOS和原有的互补对称BiCMOS(CBiCMOS)电路快约一倍 ,功耗在 6 0MHz频率下仅高出 1 4 9～ 1 71mW ,但延迟 功耗积却比原CBiCMOS电路平均降低了4 0 3%。

用于光通信系统的BiCMOS F/V转换器

设计了一种由3运放A1、A2和A3组成的BiCMOS频率/电压(F/V)转换器,其中A1、A2设计成共源-共源CMOS运放,而低通滤波器(LPF)中的A3采用BiCMOS运放。优选了整个F/V转换器的元器件参数,并采取了提速和降耗等措施。实验结果表明,所设计的转换器输入至LPF的脉冲信号频率f2与输入信号频率fi相等,且该转换器输出电压平均值Uo与fi成正比;它可在4 Hz≤fi≤10 kHz的范围内工作,其综合性能指标——延迟-功耗积约为1.09 nJ,转换线性度仅为1.7×10-2,因而特别适用于低功耗、高线性度的光纤通信和光电检测系统中。