能量恢复型CVSL电路的的设计及其应用.pdfVIP

微 电子学与计算机 2003年第 5期 能量恢复型 CVSL 电路的设计及其应用 DesignofCharge—recoveryCVSLCircuitsand itsApplication 宁波大学信息科学与工程学院 胡建平 李 宏 (宁波 315211) 摘 要：提出了采用交流能源的级联 电压开关逻辑(CVSL)电路 ，其主要特点是输 出与输入信号呈现相同相位 ， 并消除了输出端悬空现象 ，适合于实现低功耗组合 电路。应用 0．25mCMOS标准工艺的SPICE模拟表明，提出 的电路具有正确 的逻辑功能与可观 的能量节省 。 关键词：VLSI设计 ，低功耗技术，能量恢复 ，CMOS，钟控CVSL电路 1 引言 钟)，如图 l(b)所示。注意到图 l(a)中P，的作用是避 集成 电路是计算机与通信等设备 的核心器件 ， 免 V叩与地之间在预放 电期 间形成通路 ，因此在图 随着 CMOS集成 电路密度 以及速度 的不断提高 ，芯 l(b)中P3已予省略 。SPICE模拟已表明图 l(b)电路 片功耗 问题变得 日益 突出 ，已成为一个十分重要 的 具有正确 的逻辑功能，但 由于输 出端在低 电平 时处 研究课题 ，尤其对 于各种靠 电池供 电的便携式设 于悬空状态 ，使输 出信号波形不理想。 备 ，减少芯片功耗是最关键 的问题 。近年来 ，研究者 在 电路 中引入绝热计算原理 ，从而产生 了采用交变 电源供 电的低功耗绝热 电路 (AdiabaticCircuit)，这 X X 类 电路在对输 出结点 电容充放 电时总是使 MOS开 y 关两端保持较低 的电压 ，因此在 MOS管沟道 电阻 y 上产生 的能耗是极小 的一部分 ，而结点 电容上 的大 部分能量被恢复至 电源 以便重新使用 ，实现能量恢 (a)采用直流 电源 复(EnergyRecovery)，从而使 电路表现出明显的低功 耗优 点。但 以往提 出的能量恢复型 电路 -【51中，输 出 与输入信号之间呈现不 同的相位 ，而且输 出大多存 X ； ck· ／_＼ ／_＼ V 在悬空现象 ，给复杂 电路设计带来 困难 ，并影 响数 y V 据 的处理速度 。本文在 以往研究的基础上 ，提 出了 0V -＼＼_--／／_＼_＼__／／厂- 基于钟控级联 电压开关逻辑(CVSL)的能量恢复型逻 辑 电路 ，其主要特点是输 出与输入信号呈现相 同相 (b)采用交变 电源 位 ，而且消除了输 出端悬空现象 ，适合于实现低功 图 1P型 CVSL反 相器 耗组合逻辑 电路 。 为避免输 出端悬空 ，可引入一对 由Y与 Y交叉 控制 的NMOS管实现低 电平 的箝位 ，从而可设计 2 采用交变能源 的CVSL反相器 出采用交变能源供 电的能量恢复型 CVSL反相器 ， 图 l(a)为 P型钟控 CVSL反相器 ，x与x为输入 ， 如图 2所示 。图