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1、第33卷第2期微电子学Vol.33,№22003年4月MicroelectronicsApr.2003文章编号:1004-3365(2003)02-0140-04一种改进的能量回收逻辑电路戴宏宇,周润德(清华大学微电子学研究所,北京100084)摘要:文章分析了能量回收电路的功耗组成,指出非绝热损失是能量回收电路的主要功耗能量来源,提出了一种改进的能量回收逻辑电路IERL。IERL电路增加了额外的回收路径,能够显著降低电路的非绝热损失,HSPICE模拟结果表明,IERL电路具有很好的低功耗性能。同时,给出了IERL电路的复杂
2、逻辑门设计与级联方式,用0.8mDPDM工艺实现了2位IERL全加器电路和两相正弦功率时钟电路。关键词:低功耗;能量回收;CMOS电路;非绝热损失中图分类号:TN432,TN47文献标识码:AAnImprovedEnergyRecoveryLogicCircuitDAIHong-yu,ZHOURun-de(InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,P.R.China)Abstract:Thepowerconsumptioninenergyre
3、coverycircuitisanalyzedinthispaper.Resultsshowthatthenon-adiabaticlossisthemainsourceofpowerconsumption.Basedonthisfact,animprovedenergyrecoverylogic(IERL)structureisproposed.IERLhasadditionalrecoverypaths,andbyimprovingtherecoverypercentagethroughtheadditionalreco
4、verypath,itcanreducethenon-adiabaticloss.HSPICEsimulationdemonstratesthatIERLcircuitcangreatlyimprovethelowpowerperformance.ComplexgatedesignandcascadingofIERLcircuitsarealsoconsidered,whichareeasytoimplement.A2-bitfulladderofIERLandatwo-phasesinusoidalpowerclockge
5、neratorcircuitwerefabricatedwith0.8mDPDMCMOStechnology.Keywords:Lowpower;Energyrecovery;CMOScircuit;Non-adiabaticlossEEACC:1265A;2560;2570D现,同时,与CMOS电路相比,电路功耗也有很大降[3,4,6]1引言低,有利于电路的实际应用。文献中的这些能量回收电路,都没有考虑本身在电路级低功耗设计研究中,降低工作低电压的功耗组成和优化问题。本文通过分析能量回收电是非常有效的措施,但也存在着噪声
6、容限和阈值电路的功耗组成,指出非绝热损失是能量回收电路的压的限制。能量回收逻辑(energyrecoverylogic)则主要功耗部分,提出的IERL电路在充电期间不存通过改变对节点电容的充放电方式,实现了降低电在非绝热损失,在回收期间增加了额外的回收通[1]压难以达到的低功耗工作状态。能量回收逻辑的路,以较小的电路代价降低了回收期间的非绝热功功率时钟(powerclock)对节点缓慢充电和回收电耗损失,从而降低了电路功耗。同时,电路能够在荷,与功率时钟产生电路共同构成一个谐振网络,因两相正弦功率时钟下工作,简化了电路对功率
7、时钟此,在整个电路只有充电和回收的支路电路电阻上的要求。本文还分析比较了能量回收电路的绝热损[2]消耗功耗,分为绝热损失和非绝热损失。只有绝热失和非绝热损失,提出了IERL电路可以显著降低损失的能量回收电路称为完全绝热电路,同时具有非绝热损失功耗。另外,给出了HSPICE模拟结果,绝热损失和非绝热损失的能量回收电路称为部分绝介绍了IERL电路与两相正弦功率时钟电路的物理热电路。部分绝热电路结构简单、功率时钟易于实实现。收稿日期:2002-04-05;定稿日期:2002-05-25基金项目:国家自然科学基金资助课题(59995
8、550-1);清华大学985关键研究基金资助课题。第2期戴宏宇等:一种改进的能量回收逻辑电路141Rn3CL1Eadiabatic=Echg+Edis=CL(Vp+Vtn)Vp+2能量回收电路的功耗分析T2RplCL3Rn3CLCL(Vp-Vtp)Vp=×TT典型的交叉耦合结构能量回收
