基于修正ANT逻辑高速树形32 BitCarry Lookahead加法器

一种用修正全NMOS管逻辑(ANT)实现的树形结构高速32bitcarryLookahead加法器,使用两相时钟动态CMOS逻辑、修正不反向ANT逻辑和二进制树形结构实现。该加法器运用0.25μm工艺,文中给出了修正ANT逻辑中所有晶体管的宽长尺寸和仿真结果,最高工作频率为2GHz,计算结果在3.5个时钟周期后有效。

顶层进位级联CLA的算法与设计规则

提出了一种新型加法器结构———顶层进位级联超前进位加法器 ,该结构将超前进位加法器 (CLA)底层进位改为顶层超前进位单元进位 .给出了顶层进位级联超前进位加法器延迟时间公式 .推导出该结构模块延迟时间公式、最大级联数Km(max) 、最优分组方案等重要结果 。

TC^2CLA的混合模块延迟公式及优化序列

为提高长加法器的运算速度,扩展操作位数,提出了一种加法器结构——混合模块顶层进位级联超前进位加法器(TC2CLA).该结构将层数Mj>1的CLA模块底层进位级联改为顶层超前进位单元进位级联.在CLA单元电路优化和门电路标准延迟时间tpd的基础上,由进位关键路径推导出混合模块TC2CLA的模块延迟时间公式,阐明了公式中各项的意义.作为特例,导得了相同模块TC2CLA的模块延迟时间公式.并得出和证明了按模块层数递增级联序列是混合模块TC2CLA各序列中延迟时间最短、资源(面积)占用与功耗不变的速度优化序列.这一结论成为优化设计的一个设计规则.还给出了混合模块级联序列数的公式和应用实例.TC2CLA和CLA的延迟时间公式表明,在相同模块序列和不等待(组)生成、传输信号的条件下,最高位进位延迟时间及最高位和的最大延迟时间减小.

混合模块TC^2CLA优化设计的结构参数约束

在顶层进位级联超前进位加法器(TC2 CLA)基本单元及组合方案优化设计的基础上,将微电子技术工艺水平制约下的门电路最大扇入数Nfanin(max)和扇出数Nfanout(max)经分析、归纳转化为混合模块TC2 CLA全面优化设计的结构参数约束.推导出TC2 CLA结构参数组位数jm,模块层数Mj与Nfanin(max)、Nfanout(max)的约束公式,并列出优化分析表.公式和优化表给出了TC2 CLA结构参数(jm、Mj)在全面优化设计中的约束,为混合模块TC2 CLA及优化序列、无等待时间序列的优化设计及操作位的扩展奠定了基础.

一种基于55nm工艺的超前进位加法器设计

加法器作为数字电路中的重要组件,其计算速度对系统性能至关重要。本文对加法器电路进行了深入研究,基于4进制Kogge-Stone树结构和多相时钟控制改进后的多米诺动态电路,设计了一种64位超前进位加法器,并完成全定制版图设计。该加法器采用55nm CMOS工艺,在3.7 GHz的时钟频率下,关键路径延时为372 ps,平均功耗为24.47 mW,功耗延时积为9.1 pJ,版图总面积约为29482μm2。这些结果显示,所提出的设计方案在性能方面取得了显著的改进。它不仅提高了加法器电路的计算速度,还有效降低了功耗和占用的芯片面积。

32位快速乘法器的设计

高性能乘法器是现代微处理器中的重要部件,乘法器完成一次乘法操作的周期基本上决定了微处理器的主频。传统的乘法器的设计,在最终的乘积项求和时,常采用阵列相加或叠代相加的方法,不适用中小规模的微处理器的设计。该文提出的32位乘法器,采用了Booth编码、4-2压缩器、Wallace树算法以及超前进位加法器等多种算法和技术,在节约面积的同时,获得了高速度的性能。

超前进位加法器的延迟时间公式与优化设计

从门电路标准延迟模型出发 ,在超前进位加法器单元电路优化的基础上 ,给出了超前进位加法器延迟时间公式 ,阐明了公式中各项的意义 .推导出模块延迟时间公式、最大级联数 Km( max) 、最优分组方案等重要结果 .并与功耗、面积约束一起 ,归纳出超前进位加法器的优化设计规则 .

超前进位加法器混合模块延迟公式及优化序列

为扩展操作位数提出了一种更具普遍性的长加法器结构──混合模块级联超前进位加法器。在超前进位加法器(CLA)单元电路优化和门电路标准延迟模型的基础上,由进位关键路径推导出混合模块级联CLA的模块延迟时间公式,阐明了公式中各项的意义。作为特例,自然地导出了相同模块级联CLA的模块延迟时间公式。并得出和证明了按模块层数递增级联序列是混合模块级联CLA各序列中延迟时间最短、资源(面积)占用与功耗不变的速度优化序列。这一结论成为优化设计的一个设计规则。还给出了级联序列数的公式和应用实例。

超前进位加法器基本单元电路及其组合方案的优化设计

从体现资源 (面积 )、速度、功耗的各个方面分析了超前进位加法器进位传输函数的 2种定义和基本单元电路及其 3种组合方案 .完成了基本单元电路及其组合方案的优化设计并给出了组合电路的一些优化方法 .

基于方块超前进位的快速进位跳跃加法器

提出了一种基于方块超前进位的快速进位跳跃加法器。该加法器的跳跃方块采用不等尺寸的二级方块超前进位逻辑,其可变的方块尺寸缩小了关键路径的延时,而方块内部的快速超前进位逻辑使得延时进一步减小。除第一个方块以外,其他每个方块进位仅有两级门延时。该进位跳跃加法器已用PSp ice仿真工具进行了功能验证和仿真。门级延时和PSp ice仿真分析表明,所提出的进位跳跃加法器的速度优于通用优化方块分配的进位跳跃加法器。

32位高速浮点乘法器优化设计

设计了一种用于频率为200 MHz的32位浮点数字信号处理器(DSP)中的高速乘法器。采用修正Booth算法与Wallace压缩树结合结构完成Carry Sum形式的部分积压缩,再由超前进位加法器求得乘积。对乘法器中的4-2压缩器进行了优化设计,压缩单元完成部分积压缩的时间仅为1.47 ns,乘法器延迟时间为3.5 ns。

基于CSD编码的16位并行乘法器的设计

文中介绍了二进制数的CSD(Canonic Signed-Digit)编码技术;针对目前CSD编码大都是用软件预先求得或基于查找表实现,本文设计了一种有/无符号二进制数的CSD码快速转换的电路结构,其速度快、占用资源少。该编码电路用于乘法器中可以减少一半的部分积数目,文中设计了一种16位有/无符号的乘法器,其采用了Wallace加法树和超前进位加法器,整个设计用Verilog HDL语言实现了RTL描述,并在Altera公司的FPGA上进行了实验验证,结果表明该乘法器是可行性的。

基于修正BOOTH编码的32×32位乘法器

本文描述了一种32×32位快速并行结构乘法器,介绍了基于修正布斯编码算法的部分积产生电路,并对部分积的符号扩展进行了简化。给出了基于4∶2压缩器的华莱士树的实现方法,在最后的快速进位链中采用64位快速超前进位加法器以提高乘法器的运行速度。并用PSPICE仿真工具对其进行了功能验证和仿真。通过仿真分析比较,该32×32位乘法器的速度比传统的32位基于Wallace/Dadda的乘法器的速度快18.9%。

超前进位加法器优化设计的结构参数约束

在超前进位加法器基本单元电路及其组合方案优化设计的基础上,将微电子工艺水平制约下的速度、面积、功耗约束经分析归纳转化为超前进位加法器全面优化的结构参数约束,推导出了组位数ljm模块层数Mj与门电路最大扇入Nf anin(m ax)、扇出Nf anout(m ax)的约束公式.公式给出了超前进位加法器结构参数(ljm、Mj)在优化设计中的约束,为超前进位加法器的优化设计规则奠定了基础.

基于组间进位预测的快速进位加法器

为加快密码系统中大数加法的运算速度,提出并实现一种基于组间进位预测的快速进位加法器。将参与加法运算的大数进行分组,每个分组采用改进的超前进位技术以减少组内进位延时,组间通过进位预测完成不同进位状态下的加法运算,通过每个组产生的进位状态判断最终结果。性能分析表明,该进位加法器实现1 024位大数加法运算的速度较快。

采用交流能源的低功耗CPL电路

从改变CMOS电路中能量转换模式的观点出发,研究CPL电路在采用交流能源后的低功耗特性.在此基础上提出了一种仅由nMOS构成的低功耗绝热电路--nMOS Complementary Pass-transistor Adiabatic Logic(nCPAL).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和芯片面积.nCPAL能耗几乎与工作频率无关,对负载的敏感程度也较低.采用TSMC的0.25 μm CMOS工艺,设计了一个8-bit超前进位加法器和功率时钟产生器.版图后仿真表明,在50～200 MHz频率范围内,nCPAL全加器的功耗仅为PAL-2N电路和2N-2N2P电路的50%和35%.研究表明nCAPL适合于在VLSI设计中对功率要求较高的应用场合.

一种用于公钥系统中的高速乘法器/乘加器的实现

给出了一种基于标准ASIC设计实现的高速无符号32位乘法器,在此设计的基础上略加改动可以作为实现32×32+32的乘加器.这种乘法器使用了经过改进的Booth编码结构来产生部分积,然后对部分积压缩,最后采用高速超前进位加法器得到最终结果.这种乘法器/乘加器用于实现公钥协处理器(如RSA、ECC),在0.25μm工艺下频率可达到100 MHz,远远高于Design Ware库里的乘法单元.

快速静态进位跳跃加法器

该文提出了一种以两位加法器模块构成的静态进位跳跃加法器,通过对加法器尺寸的优化方块分配、方块之间的互补进位产生以及方块内部的多级超前进位逻辑3种方法获得快速静态进位跳跃加法器。当第一个方块的进位信号产生以后,其它每个方块从进位输入到进位输出仅需一个复合门的延时。已用PSPICE仿真工具对其进行了功能验证和仿真。通过门级延时分析和仿真结果比较,所提出的进位跳跃加法器的速度具有超前进位加法器的速度优势。

基于IEEE754浮点数的快速反码加法器设计

由于IEEE754标准的浮点数在计算机中是以原码的格式存储的,为了将浮点运算的结果转换成原码,最快的方法是使用反码运算系统。试应用超前进位和反码运算系统原理设计了单精度浮点数的快速的阶码减法器和尾数加法器/减法器。

基于Montgomery的RSA高速低成本实现

给出一种支持多种位数RSA算法加密芯片的完整设计方案。采用改进的Montgomery模乘算法和LR模幂算法,根据大数运算的特点和降低资源消耗的需要改进主要运算电路的结构,并采用全定制IC的设计流程进行实现。实验结果表明,该方案结构简单,节省了面积,且能达到较高的性能。