異步流水線關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備越來越小，而此類設(shè)備需要工作時間越來越長，這就要求此類設(shè)備所具有的功耗越來越小，尤其是在一些特殊領(lǐng)域當(dāng)中，如：人體可穿戴設(shè)備，人體醫(yī)療電子，樓宇檢測等。同時隨著CMOS芯片設(shè)計(jì)集成度和芯片工作頻率越來越高，功耗已成為數(shù)字集成電路芯片設(shè)計(jì)發(fā)展的主要制約因素之一。傳統(tǒng)數(shù)字電路是以同步電路構(gòu)架為主流的設(shè)計(jì)，芯片全局時鐘的布局布線需要考慮的問題急劇增多，時鐘功耗越來越大。異步電路所具有的低功耗，高性能，自適應(yīng)，抗

2、干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)為低功耗研究人員所重視。異步流水線結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于異步數(shù)字系統(tǒng)，由此異步流水線的低功耗設(shè)計(jì)成為研究的重點(diǎn)。
　　論文主要工作圍繞低功耗異步電路流水線關(guān)鍵技術(shù)展開探索，主要工作包括：低功耗異步 C單元設(shè)計(jì)，低功耗異步流水線結(jié)構(gòu)研究，以及基于異步流水線的低功耗 FIFO設(shè)計(jì)和低功耗異步加法器設(shè)計(jì)。
　　首先，論文提出了一種新型具有狀態(tài)保持功能的功控低功耗 C單元，采用高閾值NMOS管作為功控開關(guān)，減小 C單元休眠期

3、間的漏功耗，并利用交叉耦合的高閾值反相器構(gòu)成數(shù)據(jù)保持單元，在休眠狀態(tài)時能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)狀態(tài)，版圖后仿真結(jié)果表明：與 Muller C單元相比，其漏功耗下降86.6％，動態(tài)功耗下降7.6%。適用于采用基于功控技術(shù)的低功耗異步電路應(yīng)用中。
　　然后，論文提出了基于低功耗狀態(tài)可保持 C單元和門控傳輸門鎖存器的功控低功耗異步流水線結(jié)構(gòu)。所提出的異步流水線結(jié)構(gòu)不盡具有顯著的低功耗特性，并且流水線休眠期間具有保存數(shù)據(jù)功能。使用 HSPICE對采用

4、所提出的低功耗異步流水線結(jié)構(gòu)的FIFO進(jìn)行仿真試驗(yàn)，結(jié)果顯示，所提出的低功耗異步FIFO具有正確的邏輯功能，且動態(tài)功耗相對于使用傳統(tǒng)鎖存器異步 FIFO降低了57.9%，靜態(tài)功耗降低了75.6%，相對于傳輸門型異步 FIFO動態(tài)功耗降低了47.5%，靜態(tài)功耗降低了36.1%。
　　最后，本文提出了一種新的低功耗異步流水線 Kogge-stone加法器，該加法器使用上述低功耗異步流水線結(jié)構(gòu)，HSPICE仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所提出的低功