基于Kogge-Stone算法与多米诺逻辑的64位高性能加法电路设计

发布时间：2017-06-26 17:16

  本文关键词：基于Kogge-Stone算法与多米诺逻辑的64位高性能加法电路设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高性能计算技术对保障国家安全、促进科技进步、推动经济发展有着不可替代的重要作用,而加法器电路是CPU中最基本的运算电路,所以加法器的电路设计是非常重要的。本文在加法器的结构和逻辑的选择上,通过对比多种高速加法器,包括超前进位加法器、Kogge-Stone对数加法器、Brent-Kung加法器,最终选择四进制Kogge-Stone树结构作为64位高速加法器的基本结构；通过对比静态CMOS逻辑、DCVSL逻辑和动态逻辑,最终选择采用动态逻辑。文中的加法器采用层次化设计方法,进位产生与进位传播电路、点操作电路和生成进位电路均采用动态结构,求和电路采用静态结构。文中详细描述并设计了每一个电路单元,然后构造进位树结构,进而完成整个电路。本文采用了多种优化方法来优化电路。为了解决动态电路中的电荷泄漏问题,每个动态节点都放有电荷保持器,并优化了保持器的尺寸；除了第一级动态电路以外,取消了动态逻辑中的求值晶体管,以减小面积,提高速度；设计了适合整体电路的时钟树结构,且使时钟满足动态多米诺逻辑的要求；根据最优电源电压的估算方法确定了本设计的工作电压为1.2V；在每个模块单元的设计中,通过调整晶体管的尺寸来获得更高的性能。本文采用IBM0.18um工艺,使用Cadence中的仿真工具对电路进行仿真验证,结果显示Kogge-Stone加法器在时钟频率为1GHz时,延时为1.01ns,功耗为19.4mW。
【关键词】：超前进位 多米诺逻辑 高速加法器 低功耗加法器 Kogge-Stone树
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP332.21
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 加法器的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 论文的主要内容11-13
• 第2章 算法与逻辑13-26
• 2.1 加运算的算法分析与比较13-21
• 2.1.1 传统加法器13-17
• 2.1.2 高速加法器17-20
• 2.1.3 算法对比与选择20-21
• 2.2 CMOS逻辑电路性能分析与比较21-25
• 2.2.1 静态互补CMOS21
• 2.2.2 DCVSL逻辑21-22
• 2.2.3 动态逻辑22-25
• 2.2.4 电路逻辑的比较与选择25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 64位加运算电路的设计与优化26-46
• 3.1 加法器的总体结构26-27
• 3.2 电源电压的选择27-28
• 3.3 单元电路的设计和优化28-41
• 3.3.1 进位产生电路G30-32
• 3.3.2 进位传播电路P32-33
• 3.3.3 进位树单元电路设计和优化33-38
• 3.3.4 求和电路的设计和优化38-41
• 3.4 时钟电路设计41-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 整体电路设计与仿真46-51
• 4.1 进位树结构设计46-47
• 4.2 整体电路设计与仿真47-51
• 结论51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-55

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本文编号：486957