关键字 |
| 子阈值技术,触发器,低功率。 |
介绍 |
| 如上所述,国际半导体技术发展路线图功耗被认为是其中一个重要的挑战在VLSI速度和区域的考虑。不同的方式减少功耗。在所有这些具有挑战性的方法减少供电电压给直接和降低功耗的影响[1]。人字拖是数字VLSI系统的主要构件。人字拖的应用领域主要是用在寄存器,管道,测序数据的状态机。触发器有直接影响VLSI系统的功耗和速度。触发器和锁存器消耗更多的权力,因为多余的转换与时钟系统。因此我们的目标是设计高性能和耗电量低的触发器。的一个具有挑战性的方法来设计低功耗触发器是使用子阈值技术。 |
| 电路的功耗取决于几个因素,如数据活动,频率,电源电压,电容漏电和短路电流。总功耗是由静态和动态功耗的总和。其中动态功率是一个重要的,它是由, |
| PDynamic = 0.5。 CL.VDD2.f ...............................(1) |
| 在α信号跃迁的概率是时钟周期内,负载电容CL, VDD是电源电压,f是时钟频率。因此降低电源电压有极大的降低电路功耗。 |
| 当电源电压VDD减少晶体管阈值电压以下VT,据说在子阈值区域。这是其中一个有效的方法对于低功率应用程序的性能是次要[2][3]。如下电源电压降低晶体管电源电压VT,亚阈值电流慢慢费用和排放节点电路的逻辑功能。这种疲软的驱动电流限制了性能,但低能量操作可以实现动态泄漏功率降低,从而提高电池寿命。子阈值地区由于缺乏进行反演的渠道,晶体管在强烈的反转地区表现不同。因此产生的电路特点相应地改变。子阈值技术可用于各种应用程序如可穿戴式医疗设备如助听器和制造商,手表电脑、自我驱动的设备与无线传感器网络。[4][5]。子阈值电路的一个应用是在丛发性模式的应用程序中,这是理想的很长一段时间。在子阈值电路满足超功率要求。这背后的原因是,它使用操作合闸电流泄漏电流。 This small leakage current however affects the performance at which the circuit is operated. Section II gives details of flip flops; Section III gives the simulation, Section IV gives the results, Section V conclusion. |
二世。提出了触发器的设计 |
| 电力消耗的时钟分布网络和存储元素高,脉冲触发触发器被认为是受欢迎的替代传统的主从触发器。电路简单和高速脉冲触发触发器的优势是更有利的低功耗系统时钟树。的另一个替代方案来减少在触发器是减少数量的孵蛋的晶体管。所以本文采取两种类型的拖鞋和他们的结果是平均功率等参数相比,功率延迟产品,时间延迟,新技术即子的晶体管数量阈值技术。 |
| 答:隐式脉冲数据关闭输出: |
| P-FF由脉冲发生器产生闸门信号与锁电路来存储数据。隐式脉冲生成更为有利的对权力的考虑,因为它首先控制放电路径,然后身体需要生成一个脉冲序列。图1显示了IP-DCO。它包含一个逻辑脉冲发生器和半动态结构化锁设计。在这些电路逆变器I5和16是用来保存数据和逆变器I7和I8用于保存内部节点x IP-DCO的两个实际问题存在于这个设计。第一次在时钟信号的上升边nmos晶体管N2和N3。如果数据仍然很高,节点X将在每一个时钟的上升出院。这将导致大的开关电源。另一个问题是节点X控制两个较大的金属氧化物半导体晶体管(P2 &它们)。大电容性负载nodeX导致速度和动力性能下降[6]。 |
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| b .修改混合门闩触发器: |
| 在图2所示修改混合门闩触发器,节点晶体管发生只有当输入有不同的逻辑值在两个连续的时钟。它使用反馈来记住而不是根据电容器静态锁存器结构。静态门闩记得只要门电力供应。在MHLFF避免冗余的转换。MHLFF消除卸货的问题在第二阶段节点x MHLFF简单的静态锁存器结构。通过使用反馈路径,减少不必要的内部节点的卸货问题[6] |
| c .条件前触发器: |
| 条件预先充电触发器提出[7][8]和图3所示。奇数的逆变器被用于时钟路径来生成一个透明窗MHLFF像。这项工作的最重要的优点是防止无条件pre-charge操作相关的内部节点,连接到过度的电路功耗。这样就避免了不必要的内部节点以及过渡竞争条件在输出。当D输入高在透明窗结果在推动内部节点接地。然后设置高Q输出。内部节点在低水平保持在低水平,直到输入是在高水平。内部节点切换到高水平输入过渡应该从高到低变化的时钟周期。内部节点状态触发器被第二阶段。当转变高到低发生在内部节点的低水平是无条件地捕获和同步时钟。 But the exception for this case is internal node transition which occurs after low to high switching input when Q is at high level regardless of state of clock. Holding the output signal at desired level is done by use of conditional keepers. When clock signal or delayed clock signal is low at that time high level output is held. Similar case happens when output is at low level. |
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| d .时钟配对共享触发器: |
| 时钟配对共享触发器[9]提出了使用不定时的晶体管数量(即只有4的19个晶体管)由于时钟负荷减少,它成为有效的设计。因此它是改良版的条件数据映射触发器。时钟对晶体管即N3和陶瓷用于第一和第二阶段共享的目的。P1晶体管用于收内部节点X有助于避免浮动的问题。触发器操作当CLK CLKDB高逻辑. .CPSFF的工作不仅取决于数据和时钟,而且以前输入Q和Qb_kpr。所以初始条件的工作CPSFF应该当D输入高,先前的输出应该低和信号Qb_kpr应该高或全部信号可以应用亦然。 |
三世。模拟 |
| 执行触发器以上细胞的比较研究对参数如延迟、功耗、功率延迟产品、能源产品延迟。仿真结果得到了以上类型的触发器用HSPICE仿真器。触发器的操作条件设计VDD = 300 mv,时钟和输入数据的频率是1 mhz,温度是270摄氏度。技术用于触发器设计是台积电180海里。寄生参数提取从布局到模拟电路准确。通过消除寄生参数我们可以避免延迟取决于这些功放和更多的能源消耗也。图5显示了延迟时间变化的人字拖。来回图看到,MHLFF有着更少的延迟比其他的人字拖。图5显示了触发电路的平均功耗。CPSFF平均耗电量非常少,MHLFF有着更高的功耗在我们所有四个触发器的设计。 Fig 6. Is having comparison of power delay product. Fig 7 gives the variations in average power for flip flop types. The value of CPSFF is lower than other flip flops. It shows that CPSFF gives the best performance amongst these four flip flops. Table- I and Table II shows the results of sub threshold flip flop in 180nm technology at Vdd=0.3V |
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IV.RESULTS |
| 表——显示了模拟触发器的结果。在这些拖鞋修改混合门闩触发器相比有较低的时间延迟。的平均功率时钟配对共享触发器有最低功耗。因此如果功耗是CPSFF更好的性能。权力对CPSFF延迟产品价值也是最好的。因此作为比较的结果被认为是CPSFF会给更好的性能比其他三个人字拖由于时钟的晶体管数量少。这些结果的图表所示。它给了时间延迟的详细比较,平均功率和功率延迟产品。 |
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四。结论 |
| 本文即隐式脉冲触发器,触发器设计修改混合门闩触发器,条件预先充电和时钟配对共享触发器进行子阈值区域在180纳米技术。从上面我们可以看到讨论触发器函数仍然可以当电源电压降低低于阈值电压。在这首先W / L比值晶体管是未知的。因此不同的比率会得到不同的时间和力量的结果。其次技术文件的准确性可以给不同的结果。这里我用180纳米技术的多功能天车模型。因此不同的工具可以给不同的结果。得到更多的改善结果在未来我们可以降低电源电压,可以使用更比其他技术。 |
确认 |
| 我要感谢A.K. Kureshi博士对他无休止的智慧支持和怂恿我去追求新思想在我的项目实施。多我要感谢我的老师们从VACOE (E&TC)部门的支持和指导。 |
引用 |
- j . Rabaey m . Pedram和p .乡下人,低功耗设计方法。波士顿:Kluwer学术出版社,1995年。
- 王A和A·切卓卡山¢180 mV子阈值FFT处理器使用最低能量设计方法,一个¢IEEE j . Solid-StateCircuits 40卷,页。310 A¢319,2005年1月
- r . m . Swanson和j . d . Meindl¢A离子注入互补金属氧化物半导体晶体管在低压电路,一个¢IEEE j·s·s . C。卷。7日,页。146 A¢153,1972年4月。
- h . Soeleman和k·罗伊,一个¢超低功率数字下标阈值逻辑电路,一个¢Proc。低功率电子产品和设计,1999年,页94 A¢96。
- l . Nazhandali et al ., A¢能源优化子阈值电压传感器网络处理器,一个¢Proc, Intl。计算机协会。计算机体系结构,2005年,页197¢207。
- Yin-Tsung黄、林Jin-Fa Ming-HwaSheu,一个¢低功耗Pulse-Triggered触发器设计条件Pulse-EnhancementSchemeA¢AIEEE超大规模集成(VLSI)系统,20卷,2月2号
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- n·h·e·Weste d·哈里斯,CMOS集成电路设计,电路和系统的角度看波士顿,MA:艾迪生韦斯利,2005年。
- 预测技术模型
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