基于電路三要素理論的絕熱CMOS電路研究.pdf

1、集成電路的規(guī)模正以幾乎超越摩爾規(guī)律的速度增大，因此降低電路功耗日趨迫切。本文通過對常規(guī)絕熱電路工作原理和工作特性的研究，提出絕熱電路的通用設(shè)計(jì)理論，并運(yùn)用此理論進(jìn)一步設(shè)計(jì)新穎的絕熱單元電路、絕熱復(fù)雜邏輯門電路、絕熱系統(tǒng)電路及外圍電路，實(shí)現(xiàn)低功耗目的。論文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分： 1、為了有效指導(dǎo)絕熱電路的設(shè)計(jì)，在研究多值電路三要素理論的基礎(chǔ)上提出絕熱電路通用理論，即絕熱電路三要素理論。應(yīng)用此理論，對已有的逐級級聯(lián)收縮結(jié)構(gòu)、可逆

2、邏輯結(jié)構(gòu)和交叉存貯結(jié)構(gòu)三種典型的絕熱電路逐一推導(dǎo)、設(shè)計(jì)，由此驗(yàn)證該理論的正確性。 2、為了減少電路級聯(lián)時(shí)所需的功率時(shí)鐘數(shù)，應(yīng)用絕熱電路三要素理論設(shè)計(jì)一種新穎的采用二相功率時(shí)鐘交叉存貯型絕熱電路—鐘控傳輸門絕熱邏輯（Clocked Transmission Gate Adiabatic Logic，CTGAL）電路及多種復(fù)雜的絕熱門電路。 3、為了設(shè)計(jì)低功耗的定時(shí)器，首先利用CTGAL電路設(shè)計(jì)絕熱觸發(fā)器，然后對C54X的定

3、時(shí)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，使其各個(gè)部件易于用絕熱電路三要素理論、CTGAL電路及其絕熱觸發(fā)器設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)C54X的絕熱定時(shí)器。 4、為了有效恢復(fù)SRAM的字線、寫位線、敏感放大線及地址譯碼器上的大開關(guān)電容的電荷，在研究SRAM的基礎(chǔ)上，利用CTGAL電路及其復(fù)雜的門電路設(shè)計(jì)一種新穎的絕熱SRAM電路。 5、為了增強(qiáng)所設(shè)計(jì)CTGAL電路的實(shí)用性，在研究類似于直流RLC串聯(lián)結(jié)構(gòu)正弦振蕩電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)二相正弦功率時(shí)鐘產(chǎn)生電路

4、，由此解決CTGAL電路的功率時(shí)鐘源問題。 6、為了將絕熱CMOS電路嵌入到傳統(tǒng)電路系統(tǒng)中替代耗能較大的部件，研究并設(shè)計(jì)絕熱CMOS電路和傳統(tǒng)CMOS電路兩者之間的接口電路：傳統(tǒng)CMOS到絕熱CMOS（Traditional CMOS to Adiabatic CMOS，TC/AC）的接口電路、絕熱CMOS到傳統(tǒng)CMOS（Adiabatic CMOS to Traditional CMOS，AC/TC）的接口電路，增強(qiáng)絕熱CMO