CMOS绝热逻辑及其功率时钟电路的分析与研究

发布时间：2023-05-07 06:15

　　分析了几种典型的CMOS绝热逻辑电路的工作原理及能耗组成,选定ECRL电路作为研究重点,与其它绝热电路相比,这种电路结构形式简单,充电过程中摈弃了二极管,输出不存在高低电平的悬空问题。在分析其能耗来源的基础上,讨论了ECRL电路能量回收中存在的缺陷,当负载电容两端电压低于MOS管的阂值电压时,剩余的一部分能量无法回收至功率时钟,产生一定的非绝热功耗。提出了一种新型的IECRL电路结构,通过增加额外的能量回收路径,用有限的绝热能量损失实现了非绝热能量的完全回收。同时设计了一种新型的基于IECRL电路的触发器,增加了反馈通路,对前一周期的输出逻辑状态进行采样、保持,在下一周期反馈到输入端,实现了触发器的逻辑功能,在降低功耗方面与ECRL触发器相比有一定程度的改善。分析了应用于绝热逻辑的四相正弦功率时钟的电路结构,并对其参数进行了优化。 采用0.5 mBSIM3v3模型工艺下的HSPICE仿真结果显示,在低频(1 Hz-40 MHz)范围内,ECRL电路的非绝热功耗占动态功耗的主要部分,通过增加能量的回收路径实现了非绝热能量的有效回收,改进型ECRL电路(IECRL)的能耗与ECRL相比减小...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
第二章 绝热逻辑的设计方法
    2.1 绝热逻辑的概念及分析
    2.2 绝热逻辑的基本原理
    2.3 绝热过程的能耗模型及分析[
    2.4 本章小结
第三章 几种典型的绝热逻辑电路
    3.1 动态绝热逻辑(1T-1D)
    3.2 2N-2N2D绝热逻辑
    3.3 传输管绝热逻辑(PAL)
    3.4 改进型绝热多米诺逻辑(IAPDL)
    3.5 有效能量回收逻辑(ECRL)
    3.6 绝热逻辑电路的功耗比较
    3.7 本章小结
第四章 ECRL电路的改进及基于改进型ECRL触发器的设计
    4.1 ECRL电路的改进
        4.1.1 ECRL作过程的能耗分析
        4.1.2 ECRL电路的能耗优化方法
        4.1.3 IECRL电路结构及工作原理
    4.2 基于IECRL电路的触发器设计
        4.2.1 绝热逻辑触发器的一般设计方法
        4.2.2 现有的几种基于绝热逻辑的触发器结构及工作原理
        4.2.3 基于IECRL的触发器设计方法
    4.3 本章小结
第五章 应用于绝热逻辑的功率时钟的分析和研究
    5.1 功率时钟的特点及原理
    5.2 几种基本的功率时钟的结构
        5.2.1 1N单相功率时钟
        5.2.2 1N1P单相功率时钟
        5.2.3 2N2P两相功率时钟
    5.3 四相功率时钟
    5.4 本章小结
第六章 仿真结果及讨论
    6.1 IECRL电路的仿真波形及与其它绝热逻辑的能耗比较
    6.2 基于IECRL触发器的仿真结果及与ECRL触发器的能耗比较
    6.3 功率时钟的仿真波形及分析
        6.3.1 1N单相功率时钟仿真
        6.3.2 四相功率时钟仿真
    6.5 本章小结
第七章 结论
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间取得的科研成果



本文编号：3810445