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1、ISSN1000-0054清华大学学报(自然科学版)2005年第45卷第7期33/38CN11-2223/NJTsinghuaUniv(Sci&Tech),2005,Vol.45,No.7989-991,995采用电容耦合的能量回收电路杨骞,周润德(清华大学微电子学研究所,北京100084)摘要:为了提高能量回收电路的效率,提出了能量回收电在各种低功耗集成电路设计方法中,由于能量容耦合逻辑电路。该电路的非绝热损失与门的复杂度和负载回收电路技术可以把功耗降低数倍甚至一个数量级均无关,其大小只决定于电路中逻辑门的数目。利用电容耦[1
2、]以上,而成为一个新的研究热点。能量回收电路的合,而不是开关逻辑网络进行逻辑求值,相对减小了导通电[2]能耗包括绝热损失和非绝热损失。绝热损失与功阻和绝热损失。该电路在电路形式上降低了功耗,在结构设率时钟的频率成正比,通过降低频率可以使绝热损计中,采取阈值逻辑结构,使功耗和性能优化。基于TSMC失趋近于零。非绝热损失与频率无关。不同文献中0.35m工艺,设计了4位加法器,并和4位的2N-2N2P加[35]提出了多种能量回收电路,但是它们的非绝热损法器、静态CMOS加法器进行比较。Hspice仿真表明:该电失都随着逻辑复杂度增加
3、而增大。当实现复杂逻辑路电路功耗只有2N-2N2P的46%,静态CMOS的20%～31%。该电路与传统的CMOS电路比较,能耗大大降低。电路时,上面的缺点限制了这些能量回收电路的低关键词:大规模集成电路;能量回收;低功耗;电容耦合;功耗优势。阈值逻辑;CMOS电路本文提出了ERCCL(energyrecoverycapaci-tancecouplinglogic)电路,它的非绝热损失与逻辑中图分类号:TN47文献标识码:A门的大小和负载电容的大小无关,只决定于电路中文章编号:1000-0054(2005)07-0989-03逻辑
4、门数目。减少逻辑门数目,相应的可以减少总的非绝热损失。ERCCL电路是一种阈值逻辑电路。阈Energyrecoverycircuitwith值逻辑与传统的与或非逻辑相比,可以大大的减少capacitancecoupling[6]逻辑电路的深度和逻辑门的数目。因此,ERCCLYANGQian,ZHOURunde可以在一个门中实现复杂的,高扇入的逻辑,从而减(InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity,少电路中逻辑门的数目,降低总的非绝热损失。另Beijing100084,China
5、)外,已提出的能量回收电路均用开关逻辑网络实现Abstract:Energyrecoverycapacitancecouplinglogic(ERCCL)was逻辑功能,而ERCCL电路利用电容耦合实现逻辑developedtoimprovetheenergyefficiencyofadiabaticlogiccircuits.Thenon-adiabaticlossofERCCLisindependentofthesizeofthe功能。所以在逻辑求值时,电流不会流过逻辑开关associatedcircuitandtheloa
6、dcapacitance,butdependsonlyonthe管,从而降低导通电阻。由于绝热损失正比于导通电circuitgatecount.TheERCCLlogicisnotimplementedthrougha[1]阻,所以采用电容耦合可以降低ERCCL的绝热switchlogicnetworkbutthroughcapacitancecoupling,whichreducesitsturn-onresistanceandadiabaticlosses.ERCCLnotonly损失。reducesdissipationa
7、tthecircuitlevel,butalsofacilitatesoptimizationoflossesandperformancethroughthechocceofthe1ERCCL电路thresholdlogictopologyinthearchitecturelevel.A4-bitERCCL图1是ERCCL的电路结构,它采用四相位功adderwasdesignedusingTSMC0.35mtechnologyforcomparison率时钟。除了功率时钟外,ERCCL的工作还需要四witha4-bit2N-2
8、N2PadderandastaticCMOSadder.AnhspicesimulationshowedthatthedissipationoftheERCCLcircuitisonly相位的辅助时钟。功率时钟和辅助时钟的相位关系46%ofthe2N-2N2Pa
