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Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni Tesista: Daniela Di Sclafani Università

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Presentazione sul tema: "Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni Tesista: Daniela Di Sclafani Università"— Transcript della presentazione:

1 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni Tesista: Daniela Di Sclafani Università degli Studi di Palermo Facoltà di Ingegneria Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni Anno Accademico 2009/2010 Relatore: Prof. Ing. Giuseppe Caruso

2 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni OBIETTIVI Utilizzo della logica differenziale MCML (MOS current-mode logic) Progetto delle architetture di compressori: 3-2 A1 3-2 A2 3-2 A3 4-2 A1 4-2 A2 4-2 A3 5-2 A1 5-2 A2 5-2 A3 Analisi e valutazione delle prestazioni delle diverse architetture

3 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni AMBIENTE di LAVORO LTSpice IV Microwind 2.0

4 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LA MOLTIPLICAZIONE 1. Generazione dei prodotti parziali 2. Accumulazione dei prodotti 3. Somma finale prodotto finale p0p0p0p0 p1p1p1p1 p2p2p2p2 p3p3p3p3 p4p4p4p4 p5p5p5p5 p6p6p6p6 a0b2a0b2a0b2a0b2 a1b2a1b2a1b2a1b2 a2b2a2b2a2b2a2b2 a3b2a3b2a3b2a3b2+ a0b1a0b1a0b1a0b1 a1b1a1b1a1b1a1b1 a2b1a2b1a2b1a2b1 a3b1a3b1a3b1a3b1 prodotti parziali a0b0a0b0a0b0a0b0 a1b0a1b0a1b0a1b0 a2b0a2b0a2b0a2b0 a3b0a3b0a3b0a3b0 moltiplicatore (N bit) b0b0b0b0 b1b1b1b1 b2b2b2b2x moltiplicando (M bit) a0a0a0a0 a1a1a1a1 a2a2a2a2 a3a3a3a3

5 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni 3-2 COMPRESSORI progettati Compressore 3-2 = Full-Adder X1+X2+X3=Sum+2·Carry Compressore 4-2 X1+X2+X3+X4+Cin = =Sum+2·(Carry+Cout) Compressore 5-2 X1+X2+X3+X4+X5+Cin1+Cin2 = =Sum+2·(Carry+Cout1+Cout2)

6 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni COMPRESSORE 3-2 (a) Architettura 1 (b) Architettura 2 (c) Architettura 3 3-2

7 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni COMPRESSORE (a) Architettura 1 (b) Architettura 2 (c) Architettura 3

8 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni COMPRESSORE (a) Architettura 1 (b) Architettura 2 (c) Architettura 3

9 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LA LOGICA MCML VANTAGGI RISPETTO ALLA LOGICA FCMOS Consumo di potenza << ad alta frequenza Rumore << durante le commutazioni Migliore integrità del segnale 2 resistenze di pull-up rete di pull-down generatore di corrente

10 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LIBRERIA progettata Tecnologia CMOS 0,18μm della TSMC BSIM3v3 (LEVEL 49) V DD = 1,8V V DD = 1,8V Δ V = 0,4V Δ V = 0,4V I B = 55μA I B = 55μA A V = 2 A V = 2 Porte a due ingressi: XOR MUX Porte a tre ingressi: XOR CGEN Invertitore Specchio di corrente

11 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LIBRERIA: progetto dei layout TSMC180nm.rul Regole di progetto della tecnologia CMOS 180nm: TSMC180nm.rul : Accorgimenti: Strutture simmetriche Gate orizzontali Collegamenti lunghi in metal1 Assenza di linee metalliche sopra le regioni attive di gate

12 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni GATE SHADOWING Flusso di ioni a 7° per controllare il profilo delle regioni impiantate di drain e source NO oscuramento del gate

13 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni XOR a tre ingressi XOR 117 λ 1° livello 2° livello 3° livello V o = = Sum PDN PMOS Generatore di corrente

14 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni CGEN (GENeratore di Carry) CGEN V o = X1X2+X2X3+X1X3 = Carry PDN

15 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni XOR a due ingressi XOR 1° livello 2° livello V o = PDN

16 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni MUX a due ingressi MUX Carry = PDN

17 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni RITARDI delle celle

18 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LAYOUT dei COMPRESSORI Linee parallele per il segnale diretto ed il suo complementato Capacità allincirca uguali per le linee del segnale diretto e complementato Segnali in ritardo pilotano i transistor dei livelli più bassi Ottimizzazione dellarea

19 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LAYOUT 3-2 A1 A3 A2

20 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LAYOUT 4-2 A1

21 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LAYOUT 5-2 A1

22 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni SETUP di MISURA Compressori in cascata Buffer agli ingressi e alle uscite Individuazione del percorso critico Device Under Test Ritardi dei segnali di uscita del Device Under Test Alimentazione V DD _t per il D.U.T. Potenza dissipata dal compressore 5-2 A1

23 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni RITARDI di PROPAGAZIONE Post-layout – Pre-layout = 16% A1 - 33% Pre-layout Post-layout

24 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni POTENZE A1 - 35%

25 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni AREE A1 - 43%

26 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni LAYOUT 7-2 A1 7-2 X1X2X3X4 X5 X6X7 Sum Carry Cin1 Cin2 Cout1 Cout2

27 di Daniela Di Sclafani 22/07/2010 Progetto di compressori in logica MOS a commutazione di corrente per circuiti moltiplicatori ad elevate prestazioni Ringraziamenti Relatore: Prof. Ing. Giuseppe Caruso La mia famiglia e G.


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