双轨电流模静态功耗抑制技术

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在典型的传统静态CMOS逻辑电路中,电路功耗随着工作频率的增加呈指数形式上升,这对获得高速低功耗设计是一大挑战。而研究表明,双轨电流模逻辑电路具有工作频带宽、速度快等特点,且电路功耗与工作频率无关,这使得电流模逻辑被广泛地应用在高频电路中。但由于电流模电路中存在独立的电流源,由此引起的较大的静态功耗严重限制了其应用范围。因此,降低双轨电流模逻辑电路的静态功耗对获得高频、低功耗设计具有深远意义。本学位论文在研究传统CMOS电路功耗来源及其功耗抑制方法的基础上,结合电流模逻辑电路的结构特点,对电流模逻辑电路从电路优化、电路功控、近阈值电路设计等多方面入手,进行了功耗抑制的研究。本文大体分为以下几个部分:1、以传统CMOS电路为例,介绍电路功耗的主要来源,并对相应的功耗减小技术进行了分析,为引出电流模电路做准备。2、介绍双轨电流模逻辑电路的基本工作原理,从其结构特点分析了电路的功耗来源。并对电流模逻辑下的门电路设计进行了一定的介绍,以门电路为例,给出了电流模逻辑电路参数限制条件及电路优化方法。3、将五种功控技术运用到电流模逻辑电路中,并对功控组合电路和时序电路进行了Hspice仿真,比较相同条件下各种功控实现方法之间的电路性能差异。根据得到的结果,对各实现方法的优缺点进行了分析,并将功控电路与对应的传统CMOS逻辑电路进行了功耗的对比。结果表明功控电流模电路的静态功耗得到显著优化。4、以传统CMOS逻辑电路为例,在电流模逻辑电路中引入了近阈值技术。建立了近阈值条件下相应的器件模型,根据Hspice的电路仿真结果,分析了近阈值条件下电流模逻辑电路的最小工作电压,并在保证电路逻辑功能正确的前提下,对不同工作电压下电流模逻辑门电路进行了功耗测试。在此基础上,将近阈值技术运用到电流模逻辑组合、时序电路中,并进行了相应的版图绘制,根据抽取后的版图文件的后仿真结果,验证了近阈值条件下电流模逻辑电路功能的正确性,测试了相应的电路性能。结果表明近阈值电流模电路的功耗显著降低。
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