CMOS絕熱邏輯及其功率時(shí)鐘電路的分析與研究.pdf

1、分析了幾種典型的CMOS絕熱邏輯電路的工作原理及能耗組成，選定ECRL電路作為研究重點(diǎn)，與其它絕熱電路相比，這種電路結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，充電過(guò)程中擯棄了二極管，輸出不存在高低電平的懸空問(wèn)題。在分析其能耗來(lái)源的基礎(chǔ)上，討論了ECRL電路能量回收中存在的缺陷，當(dāng)負(fù)載電容兩端電壓低于MOS管的閡值電壓時(shí)，剩余的一部分能量無(wú)法回收至功率時(shí)鐘，產(chǎn)生一定的非絕熱功耗。提出了一種新型的IECRL電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加額外的能量回收路徑，用有限的絕熱能量損失實(shí)現(xiàn)

2、了非絕熱能量的完全回收。同時(shí)設(shè)計(jì)了一種新型的基于IECRL電路的觸發(fā)器，增加了反饋通路，對(duì)前一周期的輸出邏輯狀態(tài)進(jìn)行采樣、保持，在下一周期反饋到輸入端，實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)器的邏輯功能，在降低功耗方面與ECRL觸發(fā)器相比有一定程度的改善。分析了應(yīng)用于絕熱邏輯的四相正弦功率時(shí)鐘的電路結(jié)構(gòu)，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 采用0.5 m BSIM3v3模型工藝下的HSPICE仿真結(jié)果顯示，在低頻(1 Hz-40 MHz)范圍內(nèi)，ECRL電路的非

3、絕熱功耗占動(dòng)態(tài)功耗的主要部分，通過(guò)增加能量的回收路徑實(shí)現(xiàn)了非絕熱能量的有效回收，改進(jìn)型ECRL電路(IECRL)的能耗與ECRL相比減小了30.6％左右。與現(xiàn)有的基于ECRL電路的觸發(fā)器相比，基于IECRL電路的新型觸發(fā)器中RS觸發(fā)器的功耗略有增加，JK觸發(fā)器由于采用一種新的反饋通路，取消了ECRL觸發(fā)器中為保持前一周期輸出狀態(tài)而使用的四級(jí)反相器鏈，功耗降低了50.9％左右。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了四相正弦功率時(shí)鐘，每級(jí)時(shí)鐘與它的前一級(jí)相比，相位滯后