低电压下数字电路概率特性分析及应用-通信与信息系统专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 分类号 密级 UDC 注 1 学 位 论 文 低电压下数字电路概率特性分析及应用 （题名和副题名） 唐青 （作者姓名） 指导教师 胡剑浩 教授 电子科技大学 成都 （职务、职称、学位、单位名称及地址） 申请学位级别 硕士 专业名称 通信与信息系统 论文提交日期 2012.04 论文答辩日期 2012.05 学位授予单位和日期 电子科技大学 答辩委员会主席 评阅人 2012 年 月 日 注 1：注明《国际十进分类法 UDC》的类号 万方数据 万方数据 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 日期： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 摘 要 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 数字产品无处不在的今天，随着功能体验的不断丰富，功耗等能源问题逐渐 浮现，为达到功能特性和低功耗双赢的目的，半导体工艺尺寸不断被缩小。然而 大家却发现工艺提升到一定程度，如果要继续缩小特性尺寸需要付出相当大的代 价，同时会引入诸如噪声等问题，严重影响了集成电路计算的可靠性。因此，在 保证电路性能的条件下，降低数字集成电路功耗成为目前工业界和学术界的研究 重点。 数字集成电路功耗主要由静态功耗和动态功耗构成，随着工艺尺寸的缩小， 静态功耗在总功耗中占的比例越来越大，但起主导作用的还是动态功耗。无论静 态功耗还是动态功耗都与电压的平方成正比，所以降低电路的工作电压可以达到 降低功耗的目的；但降低工作电压同时会使得电路逻辑器件呈现概率特性。传统 的数字信号处理（Digital Signal Processing, DSP）观念是计算结果需要完全正确； 而在通信、雷达、多媒体等 DSP 领域，我们不需要百分之百的正确率，只要在误 差容限范围内，即错误是可以允许的。因此，通过降低工作电压实现低功耗的方 法具有可行性。 本文首先详述了深亚微米量级的门电路及模块在低电压供电条件下导致器件 出错的机理，介绍了低电压下 CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor） 数字电路的错误概率模型，并结合概率器件结构模型推导基本逻辑门概率模型； 同时提出了一种由逻辑门的概率模型推导电路模块级的概率模型的方法，即状态 转移法。此为，我们搭建了硬件平台对 4000 系列的 CMOS 逻辑芯片进行了低供电 压测试，通过对比分析理论推导结果与实测结果，完善了分析模型并验证了状态 转移法的合理性，从而为构建低电压下数字电路概率模型提供了可靠分析模型和 实际依据。为研究电路概率特性的实际应用，本文提出了 RPR（Reduced Precision Redundancy）算法与 TMR（Triple-Modular Redundancy）算法和 RRNS（Redundant Residue Number Systems）纠错算法结合的错误容忍的 DSP 系统设计方法。本文以 25 阶 FIR 滤波器为例，设计了 RPR-TMR、RPR-RRNS 两种概率 FIR 滤波器结构， 并对两种结构进行对比分析，结果表明，RPR-RRNS 结构在功耗及输出信噪比上 均优于 RPR-TMR 结构，从而为概率器件在 DSP 中的应用提供了一种的可行的设 计思路。 I 摘 要 关键词：低电压，概率模型，状态转移法，冗余余数系统（RRNS），容错结构 II ABS ABSTRACT 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 ABSTRACT Today，the digital products has penetrated into every area of the world. The energy efficient is becoming more and more serious issue as more and more functions are added into the digital syst