准静态单相能量回收逻辑

提出了一种新的准静态单相能量回收逻辑,其不同于以往的能量回收逻辑,真正实现了单相功率时钟,且不需要任何额外的辅助控制时钟,不但降低了能耗,更大大简化了时钟树的设计.该逻辑还可以达到两相能量回收逻辑所具有的速度.设计了一个8位对数超前进位加法器,并分别用传统的静态CMOS逻辑、钟控CMOS绝热逻辑(典型的单相能量回收逻辑)和准静态单相能量回收逻辑实现.采用128组随机产生的输入测试向量的仿真结果表明:输入频率为10MHz时,准静态能量回收逻辑的能耗仅仅是传统静态CMOS逻辑的45%;当输入频率大于2MHz时,可以获得比时钟控CMOS绝热逻辑更低的能耗.     

Scaling trends in energy recovery logic: an analytical approach

This paper presents an analytical model to study the scaling trends in energy recovery logic.The energy performance of conventional CMOS and energy recovery logic are compared with scaling the design and technology parameters such as supply voltage,device threshold voltage and gate oxide thickness.The proposed analytical model is validated with simulation results at 90 nm and 65 nm CMOS technology nodes and predicts the scaling behavior accurately that help us to design an energy-efficient CMOS digital circuit design at the nanoscale.This research work shows the adiabatic switching as an ultra-low-power circuit technique for sub-100 nm digital CMOS circuit applications.     

钟控准静态能量回收逻辑电路

钟控准静态能量回收逻辑(clocked quasi-static energy recovery logic,CQSERL)只在输入信号导致输出状态发生变化的情况下才对电路节点充电(或者回收),不需要在每个功率时钟周期循环充电和回收操作;CQSERL是单端输入输出逻辑,减小了电路实现代价.设计了4位QSERL串行进位加法器(RCA)电路,和相应的CMOS电路进行了功耗比较.功率时钟为10MHz时,CQSERL电路功耗是对应CMOS电路的35%.流片实现了一个简单结构的正弦功率时钟产生电路,功率时钟的频率和相位与外接系统时钟相同.     

钟控准静态能量回收逻辑电路

钟控准静态能量回收逻辑 (clocked quasi- static energy recovery logic,CQSERL)只在输入信号导致输出状态发生变化的情况下才对电路节点充电 (或者回收 ) ,不需要在每个功率时钟周期循环充电和回收操作 ;CQSERL是单端输入输出逻辑 ,减小了电路实现代价 .设计了 4位 QSERL 串行进位加法器 (RCA)电路 ,和相应的 CMOS电路进行了功耗比较 .功率时钟为 10 MHz时 ,CQSERL 电路功耗是对应 CMOS电路的 35 % .流片实现了一个简单结构的正弦功率时钟产生电路 ,功率时钟的频率和相位与外接系统时钟相同     

一种改进的能量回收逻辑电路

文本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电路的复杂逻辑门设计与级联方式，用0．8μm DPDM工艺实现了2位IERL全加器电路和两相正弦功率时钟电路。     

能量回收电路的功耗优化方法

能量回收电路的非绝热损失正比于CLΔV2,文中提出了两种方法降低CL和ΔV因子.HEERL(high efficient energy recovery logic)电路利用自举效应减小了回收节点的残留电压ΔV,IERL(improved energy recovery logic)电路增加了回收的通路,在控制回收通路的小电容节点产生了CAΔV2的非绝热损失,从而使大电容输出节点电荷被充分回收,降低了电路的整体功耗.降低非绝热损失两个因子CL和ΔV的能量回收电路与其它能量回收电路相比,电路面积增加很小(2个NMOS管),而功耗可降低50%以上.     

能量回收电路的功耗优化方法

能量回收电路的非绝热损失正比于CLΔV2,文中提出了两种方法降低CL和ΔV因子.HEERL(high efficient energy recovery logic)电路利用自举效应减小了回收节点的残留电压ΔV,IERL(improved energy recovery logic)电路增加了回收的通路,在控制回收通路的小电容节点产生了CAΔV2的非绝热损失,从而使大电容输出节点电荷被充分回收,降低了电路的整体功耗.降低非绝热损失两个因子CL和ΔV的能量回收电路与其它能量回收电路相比,电路面积增加很小(2个NMOS管),而功耗可降低50%以上.     

能量回收阈值逻辑电路

通过把阈值逻辑应用在能量回收电路中,提出了一种新的电路形式——能量回收阈值逻辑电路(energyre-coverythresholdlogic,ERTL).阈值逻辑的应用,使ERTL电路的门复杂度大大降低,同时进一步降低了功耗.分别以ERTL电路和静态CMOS电路设计了4位超前进位加法器,两个加法器采用相同的结构.ERTL加法器逻辑电路的晶体管数目只占静态CMOS加法器的63%,与现有的能量回收电路相比,硬件开销减少.设计使用的是TSMC0.35μm工艺,分别在3V和5V工作电压下对电路进行Spice仿真.仿真结果显示,在实际的工作负载和工作频率范围内,ERTL电路的能耗只有静态CMOS电路的14%～58%     

能量回收阈值逻辑电路

通过把阈值逻辑应用在能量回收电路中,提出了一种新的电路形式--能量回收阈值逻辑电路(energy recovery threshold logic,ERTL).阈值逻辑的应用,使ERTL电路的门复杂度大大降低,同时进一步降低了功耗.分别以ERTL电路和静态CMOS电路设计了4位超前进位加法器,两个加法器采用相同的结构.ERTL加法器逻辑电路的晶体管数目只占静态CMOS加法器的63%,与现有的能量回收电路相比,硬件开销减少.设计使用的是TSMC 0.35μm工艺,分别在3V和5V工作电压下对电路进行Spice仿真.仿真结果显示,在实际的工作负载和工作频率范围内,ERTL电路的能耗只有静态CMOS电路的14%～58%.     

能量回收阈值逻辑及其功率时钟产生电路

提出了能量回收阈值逻辑电路(ERTL).该电路把阈值逻辑应用到绝热电路中,降低能耗的同时也降低了电路的门复杂度.并且提出了一种高效率的功率时钟产生电路.该功率时钟电路能够根据逻辑的复杂度和工作频率,调整电路中MOS开关的开启时间,以取得最优的能量效率.为了便于功率时钟的优化设计,推导出了闭式结果.基于0.35μm的工艺参数,设计并且仿真了ERTL可编程逻辑阵列(PLA)和普通结构PLA.在20～100MHz的工作频率范围内,提出的功率时钟电路的能量效率可以达到77%～85%.仿真结果还显示,ERTL是一个低能耗的逻辑.ERTL PLA与普通结构的PLA相比,包括功率时钟电路的功耗在内,ERTL PLA仍节省65%～77%的功耗.     

Study of Scaling Trends in Energy Recovery Logic: An Analytical Approach

This paper presents an analytical model to study the scaling trends in energy recovery logic. The energy performance of conventional CMOS and energy recovery logic are compared with scaling the design and technology parameters such as supply voltage, device threshold voltage and gate oxide thickness. The proposed analytical model is validated with simulation results at 90 nm and 65 nm CMOS technology nodes and predicts the scaling behavior accurately that help us to design an energy-efficient CMOS digital circuit design at the nanoscale. This research work shows the adiabatic switching as an ultra-low-power circuit technique for sub-100 nm digital CMOS circuit applications.     

能量回收阈值逻辑及其功率时钟产生电路

提出了能量回收阈值逻辑电路(ERTL).该电路把阈值逻辑应用到绝热电路中,降低能耗的同时也降低了电路的门复杂度.并且提出了一种高效率的功率时钟产生电路.该功率时钟电路能够根据逻辑的复杂度和工作频率,调整电路中MOS开关的开启时间,以取得最优的能量效率.为了便于功率时钟的优化设计,推导出了闭式结果.基于0.35μm的工艺参数,设计并且仿真了ERTL可编程逻辑阵列(PLA)和普通结构PLA.在20～100MHz的工作频率范围内,提出的功率时钟电路的能量效率可以达到77%～85%.仿真结果还显示,ERTL是一个低能耗的逻辑.ERTLPLA与普通结构的PLA相比,包括功率时钟电路的     

采用二相功率时钟的无悬空输出绝热CMOS电路

分析了 PAL 及 PAL- 1电路中输出悬空对电路性能的影响 ,强调在绝热电路设计中消除悬空输出的重要性 .提出了两种新的结构互补且无悬空输出的绝热电路 .PSPICE模拟证明它们能有效实现能量恢复 ,并使输出信号在整个有效输出期始终处于箝位状态