改进结构的64位CMOS并行加法器设计与实现

介绍了一个用于高性能的微处理器和DSP处理器的快速64位二进制并行加法器.为了提高速度,改进了加法器结构,该结构大大减少了加法器各级门的延迟时间.基于改进的加法器结构,有效地使用动态复合门、时钟延迟多米诺逻辑和场效应管尺寸缩小技术,可以取得良好的电路性能.该加法器采用UMC 2.5V 0.25μm 1层多晶5层金属的CMOS工艺实现.完成一次加法运算的时间是700ps,比传统结构的加法器快20%;面积和功耗分别是0.16mm2和200mW@500MHz,与传统结构加法器相当.     

64位整数加法器的设计与实现

为了提高算术逻辑部件的性能,采用多米诺逻辑和偏斜逻辑门的电路结构,结合并行前缀加法器的优点,设计实现了一款64位高性能整数加法器.根据需要,设计了一种符号扩展电路,使之能够处理带符号操作数的加减法,符号扩展结果可以进行溢出判断.模拟结果表明:在0.13μm CMOS的工艺条件下,关键路径的延时为630ps功耗为21.6 mW,达到了高速低功耗的设计目标.     

64位超前进位对数加法器的设计与优化

设计一个应用于高性能微处理器的快速64位超前进位对数加法器.通过分析超前进位对数加法器原理,提出了改进四进制Kogge-Stone树算法的64位超前进位对数加法器结构,并结合使用多米诺动态逻辑、时钟延迟多米诺逻辑和传输门逻辑等技术来设计和优化电路.该加法器采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺实现,在最坏情况下完成一次加法运算时间为486.1 ps,与相同工艺和相同电路结构采用静态CMOS实现相比,大大减少了加法器各级门的延迟时间,取得良好的电路性能.     

32位稀疏树加法器的设计改进与实现

提出了一种改进进位运算的32位稀疏树加法器。在对现有稀疏树加法器使用的进位运算算子"o"进行深入探讨的基础上,对该算子的表达式做出了适当改进,去除了原算子中进位输入须为0的前提条件,同时保留了原算子适用于稀疏树进位结构的运算特性。采用该改进算子的32位稀疏树加法器可以并行地产生进位输入分别为0和1时的一对"和"输出,并可根据需要选择输出相应的结果。在1.2V130nm典型CMOS工艺条件下,经由HSPICE仿真,改进的32位稀疏树加法器的关键路径延迟为10.8FO4。结果表明,该加法器在运算能力得到扩充的同时,在运算速度方面也具有一定优势。     

基于Sklansky结构的24位并行前缀加法器的设计与实现

针对串行进位加法器存在的延时问题,采用一种基于Sklansky结构的并行前缀加法器,通过对并行前缀加法器各个模块进行优化,设计实现了一个24位并行前缀加法器。通过与24位串行进位加法器进行延时比较,结果表明,Sklansky并行前缀结构的加法器,能有效提高运算速度。     

64位高性能冗余二进制—二进制数转换器的设计

冗余二进制(RB)加法的进位无关特性和规整的压缩结构,可以设计高速冗余二进制乘法器。冗余二进制乘法器由RB部分积产生、RB部分积压缩树和RB-二进制数转换器三个关键模块构成。在此基于基-16 RB Booth编码结构提出了一种由进位跳跃加法器和并行前缀/进位选择混合加法器构成的冗余二进制-二进制数转换器。用Verilog HDL对该转换器进行描述,在Synopsys的VCS平台上进行仿真验证,在SMIC 45 nm的工艺下,通过Design Compiler对转换器进行综合,比较普通的并行前缀/进位选择转换器,设计的64位转换器在延时、面积和功耗得到有效的改善。     

性能改进的16位超前进位加法器

加法运算是最重要最基本的运算,所有的其他基本算术运算,减、乘、除、模乘运算最终都能归结为加法运算。在不同的场合使用的加法器对其要求也不同,有的要求速度更快,有的要求面积更小。基于速度更快的要求,对3种常用加法器从结构与性能上进行比较,给出了综合面积与速度的比较。进而对超前进位加法器进行了进一步改进,加入了流水线结构设计,大大提高了其速度性能。     

一种静态电路兼容的4GHz 64位动态加法器设计

设计了一个与静态电路兼容的64位动态加法器,采用嵌入逻辑的动态触发器,以及多相位时钟技术,实现了与上、下级静态电路的接口.在加法器内部采用稀疏先行进位策略平衡逻辑路径长度以降低内部负载,提高性能.在STMicro90nmCMOS工艺下,该加法器可工作在4GHz时钟下,功耗45.9mW.     

一种使用Advance MS的全定制加法器加速设计

采用一种加速全定制IC设计的方法,完成了基于CSMC(华润上华)0.5 μm工艺的32位加法器的设计.使用动态差分多米诺逻辑,实现了基于Brent-Kung树结构的超前进位加法器;采用Mentor Graphics Advance MS仿真软件,加速进行Spice网表的仿真和版图后仿.仿真结果验证了Spice网表的正确性,得出加法器在版图后仿的关键路径延时为4.62 ns,整个设计流程可以应用于其他一些重要核心单元的全定制设计.     

一种改进的基于Kogge-Stone结构的并行前缀加法器

基于并行前缀算法的Kogge-Stone结构,通过改进其结构层次上的逻辑电路,提出一种改进的并行前缀加法器.与传统电路相比,该加法器不仅可以减小面积、功耗和延时,而且随着位宽的加大其优势更加明显,是适用于宽位的并行前缀加法器.     

并行前缀加法器的研究与实现

随着微处理器运算速度的大幅度提高,对快速加法器的需求也越来越高.当vLSI工艺进入深亚微米阶段的时候,很多情况下,无论是在面积还是在时序上连线都起着决定性的作用.文章基于不同的CMOS工艺,针对三种不同结构的并行前缀加法器,在不同数据宽度的情况下进行性能比较,根据深亚微米下金属互连线对加法器性能的影响,挑选出适合深亚微米工艺的加法器结构.     

6加数并行加法器及扩展接口的研究

提出了一种6个加数的并行加法器及其接口扩展的研究方案.论述了所提新型加法器的工作原理和过程,同时描述了接口扩充思想.最后,采用MAX+PLUSⅡ对设计电路进行了模拟验证.实验结果说明了所提加法器的设计合理性,也证明了该加法器对6个加数的计算比采用串行累加更快.     

量子三值全加器设计

量子多值加法器是构建量子多值计算机的基本模块.通过认真分析三元域上加法的运算规则及带进位加法的真值表,通过设置扩展三值Toffoli门的控制条件有效实现一位加法在各种情况下的进位,利用三值Feynman门实现一位加法的求和运算,由此设计出一位量子三值全加器,再利用进位线将各位量子全加器连接起来构造出n位量子三值全加器.与同类电路相比,此量子全加器所使用的辅助线及量子代价都有所减少.     

一种稀疏树加法器及结构设计

提出了一种稀疏树加法器,该加法器基于并行前缀加法器,以预处理和后处理阶段的面积和延迟换取并行前缀进位阶段的面积和延迟,可针对大多数并行前缀加法器进行改进,在较长操作数相加时可节省面积同时减小关键路径延迟。以几种并行前缀加法器Sldarisky、Brent—Kung、Kogge—Stone和Han—Carlson为例,对他们的面积和延迟进行了理论分析。在本文的最后用硬件描述语言实现了Sklansky加法器。     

基于并行前缀结构的十进制加法器设计

针对硬件实现BCD码十进制加法需要处理无效码的问题,设计了一种基于并行前缀结构的十进制加法器。该十进制加法器依据预先加6,配合二进制加法求中间和,然后再减6修正的算法,并将减6修正步骤整合到重新设计的减6修正进位选择加法器中,充分利用并行前缀结构大幅提高了电路运算的并行度。采用Verilog HDL对加法器进行实现并利用Design Compiler进行综合,得到设计的32位,64位,128位的十进制加法器的延时分别为0.56 ns,0.61 ns,0.71 ns,面积分别为1 310 μm2,2 681 μm2,5 485 μm2。     

Parallel Adder Design with Reduced Circuit Complexity Using Resonant Tunneling Transistors and Threshold Logic

Quantum-effect devices utilizing resonant tunneling are promising candidates for future nano-scale integration. Originating from the technological progress of semiconductor technology, circuit architectures with reduced complexity are investigated by exploiting the negative-differential resistance of resonant tunneling devices. In this paper a resonant tunneling device threshold logic family based on the Monostable-Bistable Transition Logic Element (MOBILE) is proposed and applied to different parallel adder designs, such as ripple carry and binary carry lookahead adders. The basic device is a resonant tunneling transistor (RTT) composed of a resonant tunneling diode monolithically integrated on the drain contact layer of a heterostructure field effect transistor. On the circuit level the key components are a programmable NAND/NOR logic gate, threshold logic gates, and parallel counters. The special properties of MOBILE logic gates are considered by a bit-level pipelined circuit style. Experimental results are presented for the NAND/NOR logic gate.     

一种新型全加器结构的设计

全加器是算术运算的基本单元，设计结构简单的全加器有利于缩小数字自理芯片的面积。根据最新的ＸＯＲ门结构设计了一种新的全加器，这种结构的一位全加器只用２０只ＭＯＳ管，对这种新的全加器，用ＰＳＰＩＣＥ进行了晶体管级模拟。结果显示，这种新的全加器能正确完成加法器的逻辑功能。