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低功耗能量回收电路设计

作　者: 潘浩
导　师: 郝跃
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 低功耗设计能量回收模式选择绝热SRAM
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

集成电路规模和工作速度继续按照摩尔定律增长,功耗的增加在给散热带来困难的同时也限制了电路性能的进一步提高。由于掌上电脑、移动电话、PDA以及其他形式的便携式电子产品需求的增加,要求电路降低功耗以延长电池使用时间。因此,降低集成电路的功耗已经成为集成电路设计过程中应当主要考虑的关键因素。目前已经有了很多降低电路功耗的设计技术,其中,基于能量回收原理的绝热电路是众多低功耗设计技术中比较独特和新颖的一种,具有较好的发展潜力。绝热电路采用缓变的功率时钟作为电源,改变了直流供电的传统CMOS电路从电源到地的单一能量利用方式,而是采用从电源到地,再到电源的循环利用方式。这种方式从理论上来说不消耗能量,因而可以实现对电路的低功耗设计。本论文在研究传统CMOS电路和绝热电路功耗模型的基础上,从理论上阐明了绝热电路在降低功耗方面的优势;对绝热电路中比较典型的交叉耦合存储型能量回收电路进行分析,并对其进行HSPICE仿真,给出了仿真波形。论文对钟控绝热逻辑CAL(Clocked Adiabatic Logic)电路结构进行研究,设计了一种新型的模式可选的能量回收电路MOCAL(Mode Optional Clocked Adiabatic Logic)。该电路在CAL的基础上增加了对电路工作模式的控制,从而弥补了大部分传统绝热逻辑的缺陷,可以直接用来替换CMOS电路中的相应部分,降低了功耗并节省了芯片面积。采用MOCAL的结构经过了HSPICE验证,并且与CAL反相器链的功耗进行了比较。结果显示,在20MHz的频率下,MOCAL反相器链的功耗损失仅为相应CAL结构的23%,表明了该设计的有效性。最后,论文利用能量回收原理设计了一种绝热SRAM,研究了它与传统SRAM的功耗来源,并对其进行了仿真验证,给出了与传统SRAM功耗比较的结果,从而验证了理论分析的正确性。

低功耗能量回收电路设计

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