低功耗高可靠CMOS数字电路反馈链的技术研究

发布时间：2017-12-18 01:08

  本文关键词：低功耗高可靠CMOS数字电路反馈链的技术研究

  更多相关文章： 信息论 互信息 反馈电路 MRF电路 概率计算

【摘要】：信息论是研究信息流通系统的基本工具,其信息熵表征了信息的不确定度,互信息表征了通信前后系统不确定度的减少量。通信中常用互信息来表征通信系统的处理能力,其与信道容量以及电路功率息息相关,且其研究的主要目的是为了提高通信系统的可靠性和有效性。基于此,本论文考虑到可以利用信息论分析指导电路,旨在利用通信知识为电路分析设计提供理论基础。以信息论分析指导电路,其基本思路为:由概率模型出发,分析电路模块的信息熵,互信息,信道容量的变化,并与供电电压,电路功率等结合,从而达到分析电路的目的。基于此思想,本论文从基本门电路、新型低功耗高可靠MRF(Markov Random Field,马尔可夫随机场论)电路、新型高可靠概率计算方法三个方面出发,旨在通过概率模型的建立,基于信息论观点给出基本门电路的互信息随正确概率的变化趋势,给出新型电路的理论优势,以及概率计算模块电路计算长度等理论下界的分析。由于信息论中常用互信息来表征通信系统的处理能力,并且其与信道容量以及电路功率息息相关,因此有必要跳出具体电路,对抽象电路进行建模,分析其互信息以及容错特性。基于此思想,本论文通过将电路划分为对称信道以及非对称信道两类,分别给出了其互信息关于其正确概率以及非对称因子的变化趋势,为之后电路设计提供理论基础;并且由于反馈结构通信具有容错特性,因此我们还分析了反馈电路对互信息的影响,证明出通过反馈可以增加其电路的正确概率以及降低其非对称因子,从而增加其电路的互信息。并且我们还给出了一般模块电路的分析思路以及利用信息论观点分析电路的供电电压、功耗、能量等分析流程。低功耗技术是当前研究热点,尤其对于手持移动设备重要性更为突出,而降低电压是降低功耗最直接有效的方式之一。传统CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)电路在低电压条件下已无法正常工作,而基于能量观点的新型低功耗高可靠MRF电路却在超低电压下拥有BER(Bit Error Rate,比特误码率)低于105-良好稳定性;但是MRF电路缺少理论研究,因此本论文由新型MRF电路为切入点,以MRF非门,与非门为例,通过概率模块的建立,基于信息论的观点证明出其在输出正确概率相同的条件下,MRF电路的供电电压下界低于传统CMOS电路,并且进一步证明出其本质原因在于概率的不对称性,给出了MRF电路在低电压下高容错的理论依据。新型概率计算方法由于其器件面积小,运算速度快以及反馈速度快的特点而备受关注,基于此,本论文考虑基于信息论对概率计算基本模块进行分析。通过对概率计算电路的建模,分析其由于概率计算引入的误差对信道容量的影响,并且根据香农定理得出功耗、能量或概率计算长度下界,从而为概率计算方法的应用提供了理论依据。本论文基本完成了基于信息论对电路模块的简要分析,分析了基本模块电路互信息的变化趋势,并且针对两种不同的电路应用模型—MRF电路以及概率计算电路分别进行了分析证明,给出了其供电电压下界、电路功耗、能量等,为电路设计以及分析提供了很好地理论依据。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN79

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本文编号：1302219