4位超前进位加法器设计讲解学习

1、4位超前进位加法器设计精品资料、%坐谴模拟集成电路分析与设计课程设计报告题目4位超前进位加法器设计学院部电控学院专业电子科学与技术班级学生姓名学号仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢1精品资料、刖百20世纪是IC迅速开展的时代.计算机等信息产业的飞速开展推动了集成电路(Integrated Circuit - IC)产业.大 多数超大规模集成电路( Very Large Scale IC -VLSI )在日 常生活中有着广泛的应用.在这些广泛应用的运算中,加 法器是组成这些运算的根本单元.在高性能微处理器和 DSP处理器中,加法器的运算时间至关重要.加法器运算 常常处于高性能处理器运算部

2、件的关键路径中,特别是在 算术逻辑单元中加法器的运算时间对处理器的速度起着决 定性的作用.随着微处理器的运算速度越来越快,对快速 加法器的需求也越来越高.当今,加法器的设计面临两大课题,首先是如何降低 功耗.随着便携式IC产品例如MP3播放器, 和掌上电 脑等的广泛使用,要求IC工程师对现有运算模块的性能作 进一步改良,尤其是在电路的功耗和尺寸方面.由于现在 相应的电池技术难以和微电子技术的开展速度匹敌,这使 得IC设计师遇到了许多限制因素,比方高速,大吞吐量, 小尺寸,低功耗等.因此,这使得研究低功耗高性能加法 单元持续升温.另一方面就是如何提升加法器的运算速 度.由于加法运算存在进位问题,

3、使得某一位计算结果的 得由和所有低于它的位相关.因此,为了减少进位传输所 耗的时间,提升计算速度,人们设计了多种类型的加法 器,如超前进位加法器曼彻斯特加法器、进位旁路加法 器、进位选择加法器等.它们都是利用各位之间的状态来 预先产生高位的进位信号,从而减少进位从低位向高位传 递的时间.本文首先介绍了的加法器的类型以及其工作原理,然 后重点分析了超前进位加法器的组成结构、结构参数以及仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢2精品资料其工作原理.分层设计了加法器的输入输由电路,并通过 tanner软件进行仿真实验,从而验证了电路的准确信.第二章设计过程182.1电路设计根底原理 182.2电路

4、各局部结构设计 20异或门的CMOS电路原理图如下： 21(>柒一0> (>呼 >)中敏】75>异或门的CMOS波形图如下: 21仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢3两输入与门的CMOS波形如下:22IMA-O精品资料21两输入与门的 CMOS电路原理图如下： 222222反相器的CMOS电路如下： 23仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢4精品资料2323I 口 回 f TCX,hNL： J t 4'.23四位超前进位加法器进位的逻辑电路图如下： 24仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢5精品资料24仅供学习与交流,如有侵权请联系

5、网站删除谢谢6精品资料25a.cl的原理图2525 - - -a Y -A:<-'1 a i -» r - r - V - -“一.1! & h- -一.J-.-: <:'- a i ,一;T h - “ I: h 尸h -, ：二r+): a.- = -lai- r - r -r - r - H - » - * V A » - K>:b.c2的原理图26仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢7精品资料c2的仿真波形27仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢8精品资料中c.c3的原理图28仅供学习与交流,如有侵权

6、请联系网站删除 谢谢9精品资料c3的仿真波形29仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢10精品资料30仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢11精品资料c4的原理图30c3的仿真波形312.3主要电路参数的手工推导 31四位超前进位加法器门级电路原理图如下： 34仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢12精品资料34四位超前进位加法器门级电路分析设定如下：34仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢13精品资料,lib ECTCDOWMLOM：工nnHT5pice70nrdtla5.nd vvdd VdJ GNE 5.0 .p&rur 1"0. Eu i

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8、'自)* SPICE reclist written by S-Eiit Win32 7*03* WritOun 口匚 Jan 5t 2022 a_: 2Q;25: 12* Wavefaxn procing canziarda, gS.cp7：icn =t prcbfi 1基 F错向.da1tIrr Prcu=己伫111e=" E ：、:01?06.；11工11口力新送文件三%赛志菇柑.号g 书 prcbctcpmcd31c-"cicid< w* Ha Porta in cell; FageTD Tanner* End of module with no po

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10、177;=r=内35四位超前进位加法器门级电路瞬态分析结果如下：35nput file:add4. spOutput file:dd4.oulJrogre3s：Sin Nation cwnpleted8 otal nodes.95Active devices:ieoIndependem sources.4otml devices"1WPtfijve ripyices-a匚口喈nlled snmrc-eit"0日口Dname =巴:'工ddcwnload%匚amiErA新建文件夹藕本结构.由 protjtopmodule = add4Devxce and node c

11、ounts:MOSFETs -1 60?4OSFTT af>r3metri(*i -10B JTs -0JFETj -0MESFETs -0D.adef -0CirBcitors -0Resistors -0Inductors -0Mutual inductor5 -0Tiansnussion lines -0Coupled transrrLSBion. linea -0Voltage sources -4Current soiare?ea -0vevs -0VCCS -0ccvs 一0CCCS -0Vcont ral swi tell 0二一cent roi awitcli 0Macr

12、o devices -aExtezmal C model instances -0Sutcizcuits -4St cixcuit instanceg -32I ndep en tie n t no d&s -a 4B QLiniziaxy no de 3 11iDtal nodes -95Warnxng ; Negative ircjn conductance far device XXOR2_3 M6 b(d), vg> , v (s) r v(t) = 1.167109e-G060 »QOOOOOe-KJaa 5. BSSie-OO-7vds, vgs, vtos

13、 = S.S3SS4Se-0Q7 -5.8355426-007-5.B35542e-O07仔dn, qrc.f gnJ&a - l£S4S£a-O0£4.279043-0121 »428234c-O1035四位超前进位加法器门级电路瞬态分析波形图如下： 35仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢14精品资料364.1用于仿真的电路图如下： 37四位超前进位加法器门级电路分析设定如下： 38四位超前进位加法器电路瞬态分析结果如下： 38仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢15Device ana :in胡 cduels :MOSFET

14、s - 160BJTs - 0ME5FETs - 0 apscitor= -1 Inductors - 0Irarjmifsior Line - 0 Voltise joutcm - 1VCVS - 0CCVS - 0V-cnotrol switch - 0Macro evices - 0 Subcircuics - AIndependent acdes -驯 - gm精品资料tai柳乾Ache ievces 飞Qlndtop»mfenl sbiims:ItaldebesPassw devices1 0Contolted tfluices0E二口匕sdb二sire 二 E±

15、TDDOKNLOMATHmit)A爵建交伴交1根本竞巧.工社：p sc t st ozr.odule = aJcHMOSFET gtcnstriea - 1G ufETs - O Diodes -二Sesifftors -二Mutual inductors - ZCcupltid txanissicn linea -二Currtnz sauroes - DVX3 - 0CXS - 0I-contrDl s'wi&ch - 0Ektu工口31 二 ncdel Ing二auGe3-CSub-ircuit ins二己口X3 - 英Eoundary nodes - 11j : Meja

16、ive mss cpncucta3ce for d?Tice XXZR2 ；.M6v|d)r vtjf v3, v(b) =O,ODOOOOe+QOO 5W33H2口(H 口.州0We+0.口Jd3, vj3, vt>3 = 54a355e-2'07 -E , a35S2s-QD7 T.E355nsm7gds,眄 gm - 1415545=-006 4.279943e-G12 -l,-S2B；34e-：1038四位超前进位加法器门级电路瞬态分析波形图如下： 38仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢16精品资料M% Chart Optics Wirdc1 He p,口母X

17、星 v罢爵口口 .氨eH二5 II 39第五章 鸣谢及课设总结和体会 39参考文献40第五章 鸣谢及课设总结和体会 39参考文献40仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢17精品资料第一章设计目标1 .根据电路原理图,给出电路的 CMO弱体管级电路设计. 具体电路实现可以自由决定,如互补 CMO骷构,传输管结构, 动态电路等.2 .手工计算推导晶体管的参数.注意：将电路分为输入级, 中间级和输出级三个模块进行处理.3 .要求进行功耗分析,弁给出电路速度和功耗之间的合理折 衷方案.4.利用EDAX具完成电路仿真,弁分析仿真结果.如 与手工计算结果存在误差,分析误差来源.第二章设计过程2.1

18、电路设计根底原理由全加器的真值表可得Si和C的逻辑表达式:号=耳4&_ +率%+.跖_A&c一=H ® 5 mq =耳舄&T十其用Gt +4用Gt +4星Gt定义两个中间变量G和P:月.二鸟耳.当A = B = 1时,G = 1,由C的表达式可得 C=1,即产仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢18精品资料生进位,所以 G称为产生量变.假设P = 1,那么A Bi=0, C =Gi,即R = 1时,低位的进位能传送到高位的进位输出端,故P称为传输变量,这两个变量都与进位信号无关.将G和Pi代入S和C得：国 尸附进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：A弓=

19、4十片.=弓+耳44 = %+ *l % + 口5 + B叫+火qq是低位来的进位,ci+i (i=n-1 , n-2,1, 0)是向高位的 进位,匚口是整个加法器的进位输入,而 ,是整个加法器的进位输 出.贝U£ 一 3 ;,】任：,(2-1):一二 a % 匚注6；匕)(2-2)令：E1(2-3)匹J灯；沿k；(2-4)贝上二.一个+ 注= j(2-5)只要1, = 1,就会产生向i+1位的进位,称g为进位产生函 数；同样,只要附&bj = l,就会把0传递到i+1位,所以称p为 进位传递函数.把式(2-5)展开得到：一 . 一一二 1一 .：'. :(2-6)仅

20、供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢19精品资料根据逻辑表达式做出四位超前进位的加法器电路图如图2.2电路各局部结构设计逻辑功能图中有2输入异或门,2输入与门,3输入与门, 4输入与门,2输入或门,3输入或门,4输入或门,将各个门 反别转化成其转化成CMOSI体管图如下：仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢20精品资料异或门的CMOS电路原理图如下:异或门的CMOS波形图如下:仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢21精品资料两输入与门的CMOS电路原理图如下:两输入与门的CMOS波形如下:立II展仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢22精品资料仅供学习与交流,如有侵权请

21、联系网站删除谢谢23精品资料四位超前进位加法器进位的逻辑电路图如下:仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢24精品资料cl, c2, c3, c4的cmos级电路原理图及仿真仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢25精品资料cl的仿真波形b.c2的原理图仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢26精品资料c2的仿真波形仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢27精品资料c.c3的原理图仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢28精品资料c3的仿真波形仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢29精品资料c4的原理图仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢30精品资料?>

22、?0 H2.>(>)力芋一.>(>)06£一.>(>).59_.>c3的仿真波形2.3主要电路参数的手工推导I_xzo臣七匚>4>仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢31精品资料选择路劲是A3(B3)到S4,那么按顺序依次经过一个 2输入异或门,一个4输入与非门,一个反相器,一个 4输入的或非门,一个反相器,一个 2输入异或门门的类型个数逻辑强度g寄生参数P2输入异或门2444输入与非门16/344输入或非门19/34反相器211N逻辑努力:G= gi =4*4*6/3*9/3*1*1=961电气努力：F=Cout/Cin

23、=5000 路径分支努力:B= b =41总路径努力：H=G*F*B=1920000使延时最小的门努力：h=NH =11.15比例系数=1延迟:tp=tpo ( P + N(N H)J 1扇出系数：fi =立gif1 =2.788; f2=5.575; f3=11.15; f4=3.72; f5=11.15; f6 =2.788尺寸系数si=(室)W si是最小反相器尺寸的2倍(XOR勺 gij 1 binmos, pmos尺寸是inv的宽长比的两倍)包=1.394& ; s3=25.09si ; s4=23.23s; S5=84.57s; S6=32.29s1仅供学习与交流,如有侵权

24、请联系网站删除 谢谢32精品资料功耗与器件尺寸它影响实际电容,输入和输出上升下降时间它们决定了短路功耗,器件阈值和温度它们影响漏电 功率以及开关活动性密切相关.当一个门比拟复杂是,受影 响最大的是动态功耗,可表示为 0 iClVDd 1； 0 1= P0P1总的功耗Pdyn =j 10 1( j)ClVdd f01(j),其中f0门的类型输出反转概率0 12输入异或门X64输入与非门1%6*16)4输入或非门1%16*16)反相器X6所以,要是功耗低,那么翻转频率那么会下降,延时就会增加；而 减少延时,翻转频率就会增大,同时就会增大功耗.所以,此 刻应该采取折中的思想,即使电路速度与功耗到达要

25、求.Pdyn*tp=18.13 Cl, (CL=6.0fF)当功耗等于延时时,到达折中.Pdyn=329.8(uw); tp=329.8 (ps).根据上节的电路器件尺寸,通过手工推导出电路要求设计的各项指标.仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢33精品资料弁将计算出来的指标与要求进行比照.如果实际电路未能到达 设计要求,那么还需返回上一节的计算和推动过程,只至所设计 电路能符合题目要求.第三章电路仿真四位超前进位加法器门级电路原理图如下:四位超前进位加法器门级电路分析设定如下：仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢34精品资料7%-dJ Vdd 型U： 5.0.parai! l&

26、quot;0. Eu .vector a (a3 a2 al ve a GNL (10011 vector b <b3 EH bl 7E 匕 QNE BJS (ULD1.二二空：小二二;二三二二三二二一,二二二y上 二二二二二d"&U1110 11C0 1CL0) lt-53fi ht-sr oe-5.0 fi-C rr-Sn f-5n) bO)Dili LQia Dioi) it-5Jn nc-s：T ar-5.o 2tr-c r：-5n)VC 二二 CE 能二(Ocu OV 2C：dj OV =8b 5V 100n= 5V) trar In 490n. frln 工

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29、- generate! Dy 5 T口二二四位超前进位加法器门级电路瞬态分析结果如下：ipiJt File:ddri4. sp.即ut 1能:add4,outogress; GimulaMn completed'otal modes.95Active devices:16CIndependent sources:4cdml rl-pvires:1G4Passive clevice5-P nntro|prl s-dl irons'0prot)escu；narae = E :TDDOWNLOADtanD.eE,XT. aat)urofoetcur.oduleDevice and n

30、ode counts:MOSFFTfl BJTfl MESFETs Caracitors InductorsTrmsrrj.3 sran lines Valtag& sourcss VCVS CCVSV c q nt z: o 1 b wi t ctiMacro devices SLibcixcuit-s Zndep-ar. dent no des Total nc des;百.000004000Q° 495T-fOSFTT dpc"匕工iawJFETsDrcide jReBistoraMutual iniuetors Coupled trinsnirBsiorL

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32、.5>835545e-007-5.835542e«O07-5.835542e«007l»15S4&Sffi-004,27Q943e-012-1.42B234c-020四位超前进位加法器门级电路瞬态分析波形图如下：仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢35精品资料M 痴Opt-DDs 电uh* HelpIBS 7,石U：阳心-A仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢36精品资料4.1用于仿真的电路图如下:4.2仿真网表仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢37精品资料四位超前进位加法器门级电路分析设定如下:工匕 * £ t V

33、 TDDOWLORD t a nr c r M Spi c e"? 0 xo del a2 S . » *wda V.二,匚g.Q F 再r"1=.+ 53.vector 把至匕勺 口2 e 1 aG“ 曰 匕wr Brs tsoiii mo iioai ioid it-son ht-50n. 口口二,凸 日史上餐力 工与加 £t*5n> sveetior b Cb3 b2 tel b0>vt 口 GN£ airs ( ciioi oiii iQio 01911 it=son nt=son 口口一与.口 .工工.t二6山 工：5口1

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