阈值绝热触发器的功率门控方案和建模

阈值绝热触发器的功率门控方案和建模 一、引言 随着集成电路的技术进步，其特征尺寸不断缩小，CMOS工艺规模已进入130nm以下。在这一技术发展进程中，动态功耗曾是早期低功耗设计关注的焦点，因为那时动态功耗一直占据着主要的能耗比例。然而随着集成电路特征尺寸的减小，由于MOS器件的漏电流导致的漏电功耗逐渐上升，开始与动态功耗相匹敌。近阈值计算技术在降低动态功耗方面表现优异，例如互补穿通晶体管绝热逻辑(CPAL)、时钟驱动绝热逻辑(CAL)以及有效电荷回收逻辑(ECRL)等绝热逻辑电路均能实现较低的动态功耗。 二、功率门控方案 为了降低近阈值区域操作下的绝热触发器的功耗，该文提出了一个功率门控方案。该方案通过引入具有双阈值技术的互补穿通晶体管绝热逻辑来实现功率门控逻辑块，旨在减少主动漏电功耗。同时，使用改进的互补穿通晶体管绝热逻辑电路作为两相功率门控开关以降低静态漏电功耗。 三、绝热逻辑电路 绝热逻辑电路是该功率门控方案的核心部分。它利用能量效率高的工作原理，通过在电路操作过程中能量的合理利用与回收，实现动态功耗的降低。绝热电路的代表类型包括互补穿通晶体管绝热逻辑(CPAL)、时钟驱动绝热逻辑(CAL)和有效电荷回收逻辑(ECRL)等。这些电路的工作方式不同于传统CMOS电路，它们通过在传输能量时使开关的电压变化尽可能平缓，以此减少能量损耗。 四、模型构建与能耗分析 文中构建了绝热顺序电路的功率门控分析模型，并对提出的功率门控方案的能耗进行了详细的分析。分析工作不仅考虑了电路在不同工作状态下的能量损耗，而且对电路在实际运行中的能量开销进行了计算与评估。这些分析有助于更好地理解功率门控技术在绝热逻辑电路中的应用效果，为后续设计提供理论依据。 五、研究的验证与结果 通过构建近阈值计算的功率门控绝热模式计数器进行了验证。实验结果表明，提出的技术方案适合于在近阈值区域操作的绝热单元。这意味着所提出的功率门控技术可以有效地应用于绝热逻辑电路，有助于进一步降低电路的能耗。 六、结论 该文提出并验证了一种适用于近阈值区域操作的绝热触发器的功率门控方案，该方案通过利用具有双阈值技术的互补穿通晶体管绝热逻辑电路来减少电路的动态和静态功耗。此外，本文构建了功率门控绝热顺序电路的分析模型，并详细分析了提出的功率门控方案的能量开销。结果显示，该技术方案在降低绝热单元的功耗方面具有适用性，有望为未来低功耗电路设计提供新的解决方案。 七、关键词 近阈值计算、绝热计算、功率门控方案、能量效率设计、纳米电路。