减轻Domino电路电荷分享之双重路径架构设计VIP免费

科學與工程技術期刊第一卷第三期民國九十四年JournalofScienceandEngineeringTechnology,Vol.1,No.3,pp.37-45(2005)37減輕Domino電路電荷分享之雙重路徑架構設計黃伯寬邱威豪林浩仁大葉大學資訊工程學系彰化縣大村鄉山腳路112號摘要在動態邏輯電路的設計中，電荷分享（chargesharing）是一個嚴重的潛在問題，將致使動態節點的電壓落降（voltagedrop），嚴重時甚至造成電路錯誤。在這個議題上，分離路徑骨牌電路（split-pathdomino）被提出用來解決電荷分享的問題，透過分離路徑骨牌的特殊結構，電荷分享的問題獲得了改善；然而，分離路徑骨牌擁有較高的電路複雜度，電路設計較為困難。本篇論文提出雙重路徑骨牌（dual-pathdomino）的新設計方案，以簡潔的電路結構，即可有效的降低電路電荷分享的問題。根據實驗結果，本篇論文所提出的雙重路徑骨牌電路設計方案，在維持相同的電路速度與電荷分享的改善前提下，可以比分離路徑骨牌電路減少50%以上的電路複雜度，並且對於電荷分享、電路速度與電路耗能，都有非常顯著的改善。關鍵詞：電荷分享，電壓落降，domino動態電路ADual-PathStructureforAlleviatingChargeSharinginCMOSDominoCircuitsBO-KUANHUANG,WEI-HAOCHIUandHOW-RERNLINDepartmentofComputerScienceandInformationEngineering,Da-YehUniversity112Shan-JiauRd.,Da-Tsuen,Changhua,TaiwanABSTRACTChargesharingisoneofthecriticalissuesindesigningdominocircuits.Itcausesavoltagedroponthedynamicnodewhichmayinduceamalfunctioninthecircuit.Thesplit-pathdominohasbeenproposedtodealwithchargesharingindominocircuits;however,itsuffersfromacomplexcircuitstructure.Inthisstudy,anovelcircuitstructure,thedual-pathdomino,whichhasaconciseconstitutionandismoreeffectiveindealingwiththechargesharingissue,isproposed.Bytheexperimentalresults,thedual-pathdominoreducesthecircuitcomplexitybymorethan50%comparedtothesplit-pathdomino.Moreover,thedual-pathdominoobviouslyachieveseffectivenessinreducingdroppedvoltageduetochargesharing,maintainingcircuitperformance,andreducingpowerconsumption.KeyWords:chargesharing,voltagedrop,domino科學與工程技術期刊第一卷第三期民國九十四年38一、簡介動態邏輯電路具有快速運算且面積較小的優點，因此常被用在苛求高速度且較複雜的電路（VLSI,verylargescaleintegration）中，例如微處理器、數位訊號處理器與圖形處理器等晶片。圖1為一般標準骨牌電路（conventionalstandardfooteddomino）閘[5]，是常被採用的動態邏輯電路。一般骨牌電路閘以動態節點（dynamicnode）之電壓作為運算結果的控制，運作機制包含預充週期（prechargephase）與運算週期（evaluationphase）兩階段。當時脈訊號為“Low”時，電路處於預充週期，受時脈訊號控制之PMOS（p-channelmetal-oxide-silicon）對動態節點進行充電的動作，輸出狀態保持為“Low”；而在時脈訊號為“High”時，電路處於運算週期，受時脈訊號控制之PMOS關閉，輸入組合決定邏輯下拉電路（pull-downnetwork,PDN）是否形成放電路徑，進而影響動態節點的放電。此外，一個回授充電器（feed-backkeeper）將在動態節點不放電時進行充電動作，避免因為漏電流（leakagecurrent）等問題造成動態節點電壓的錯誤下拉。由於domino閘只有下拉元件（pull-downdevice）與簡單的迴授充電器決定動態節點之狀態，因而有較快的運算速度。動態邏輯電路雖然具有運算快速且面積較小的優點，但是其非對稱的電路結構，將產生電荷分享的問題。以圖2的2-輸入標準骨牌電路（2-fan-instandardfooteddomino）AND閘為例，圖2(a)為處於預充週期的骨牌電路AND閘，動態節點的電壓值Vx將充電至High，假設此時電壓值Vca與Vcb為Low；圖2(b)為骨牌電路AND閘進入運算週期的狀況，若輸入a為High，b為Low，則Vca將由動態節點充註：Clock表示時脈輸入訊號圖1.一般標準骨牌電路閘(a)PrechargePhase(b)EvaluationPhase圖2.2-輸入標準骨牌電路閘電至High，這將導致Vx瞬間有些許電壓落降（voltagedrop）的現...