Low power and high speed explicit-pulsed double-edge triggered level converting flip-flop

Variable supply voltage-clustered voltage scaling (VS-CVS) scheme can be very effective in reducing power consumption of CMOS circuits without degrading system performance. Level converting flip-flops (LCFFs) are key elements in the CVS scheme. In this paper, a new explicit-pulsed double-edge triggered level converting flip-flop (nEP-DET-LCFF) is proposed, which employs double-edge triggering technique, dynamic structure, explicit pulse generator,conditional discharge technique and proper arrangement of stacked nMOS transistors to efficiently perform latching and level converting functions simultaneously. The proposed nEP-DET-LCFF combines merits of both conventional explicit-LCFFs and implicit-LCFFs. Simulation shows the proposed nEP-DET-LCFF has improvement of 19.2%～46% in delay, and 19.4%～52.9% in power-delay product (PDP) as compared with the published LCFFs.     

CSP多核处理器芯片的低功耗设计

提出了3种高主频多核处理器CSP芯片的功耗优化技术,即电源域间隔关断技术、流量感知的动态频率调节技术和层次式门控时钟技术.结果表明,3种优化技术对降低芯片功耗的作用均非常有效,能够不同程度地降低芯片的总功耗.其中,电源域间隔关断技术能够解决静态漏流功耗,流量感知的动态频率调节技术和层次式门控时钟技术能够控制动态功耗.     

一种具有新型时钟产生器的无源超高频RFID标签

给出一种符合ISO/IEC 18000-6B协议的超低功耗的无源超高频RFID标签.为了能够给标签数字基带处理提供准确的时钟,使用了一种超低功耗、自校正的时钟产生器,产生的时钟在-50℃～120℃或者0.7～1.6 V 电源电压的范围内,偏差小于4%.此自校正时钟模块的功耗在0.7 V的电源电压下仅为364 nW.一个...     

新型高频高线性CMOS跨导线性电流模乘/除法器设计

针对传统CMOS电流乘除法器存在线性度不高、工作频率低等缺点,提出一种以平方根电路、平方/除法器电路为核心的基于MOS管跨导线性原理的新型高频高线性CMOS电流模乘/除法器。在TSMC0.35μm CMOS集成工艺下进行HSPICE仿真测试表明:该电路在3V电源电压下,-3dB带宽可达到35.1MHz,电源静态功耗为202.68μW,输出电流为0～25.1μA,非线性误差为0.85%,总谐波失真为0.14%。本文提出的乘除法器电路与Tanno、Lopez等提出的基于跨导线性原理的乘除法器电路相比,优点在于-3dB带宽提高了,功耗降低了,电源电压降低了,线性度提高了,精度提高了,并且采用了相对更先进的0.35μmCMOS工艺,可缩小芯片面积,节约成本。     

用于多电压域设计的双向全摆幅电平转换器

提出了一种无静态漏电流的高性能电平转换器．与现有的电平转换器不同,此设计能够在无静态功耗的情况下,将阈值电压转换为全摆幅输出,只要输入电平高于输出端电压域的NMOS的阂值电压即可正常工作,并且具有更短的传播延时和更低的动态功耗．此设计具有通用性,其电平转换范围仅受限于半导体工艺．针对40nm工艺实现了该电平转换器电路,并且用SPICE模型进行了仿真．仿真结果显示：该电平转换器能够在无静态功耗的情况下,将0．9V的输入电平转换为输出端电压域的工作电平1．8V,传播延时仅为200ps．     

用于单片集成真空传感器的SAR型ADC设计

设计了一款适用于单芯片集成真空传感器的10位SAR型A/D转换器.轨至轨比较器通过并联两个互补的子比较器实现.信号采样时,比较器进行失调消除,提高电路的转换精度.电路采用0.5μm2P3M标准CMOS工艺制作.系统时钟频率为20MHz,输入电压范围为0～3V.在1.25MS/s采样率和4.6kHz信号输入频率下,电路的信噪比为56.4dB,无杂散动态范围为69.2dB.芯片面积为2mm2.3V电源电压供电时,功耗为3.1mW.其性能已达到高线性度和低功耗的设计要求.     

一种低电压、低功耗CMOS基准电压源的设计

本文设计了一种低电压、低功耗、高电源抑制比CMOS基准电压源。该电路基于工作在亚阈值区的MOS管,利用PTAT电流源与微功耗运算放大器构成负反馈系统以提高电源电压抑制比。SPICE仿真显示,在1V的电源电压下,输出基准电压为609mV,温度系数为72ppm/℃,静态工作电流仅为1.23μA。在1-5V的电源电压变化范围内,电压灵敏度为130μV/V,低频电源电压抑制比为74dB。该电路为全CMOS电路,不需要用到寄生PNP三极管,具有良好的CMOS工艺兼容性。     

抗谐波锁定的延时锁相环

为了解决传统延时锁相环(DLL)结构在宽频率锁定范围中的无法锁定和谐波锁定问题,在传统DLL结构中加入启动控制电路,使DLL在上电阶段把环路滤波电容上的电压充电至电源电压,从而使压控延时线的初始延时在上电后达到最小,并且小于输入参考信号的1个周期.设计了带开关控制的鉴相器,将DLL的锁定过程分为粗调和微调两个阶段,压控延时线的延时在粗调阶段只能逐渐增大,在微调阶段微调,直到延时为输入参考信号的1个周期,从而克服了无法锁定以及谐波锁定的问题,而且减小了DLL的锁定时间.采用GSMC 0.13μm1P7MCMOS工艺设计、1.2 V的电源电压进行仿真,结果表明该DLL工作频率范围为300～500MHz,功耗小于3mW.     

一种采用时域比较器的低功耗逐次逼近型模数转换器的设计

基于CMOS 90 nm工艺设计了一款采用时域比较器的10位逐次逼近型模数转换器（successive approximation register analog-to-digital convertor,SAR ADC）.与传统动态比较器相比,时域比较器利用差分多级电压控制型延时线将电压信号转为时间信号,并通过鉴相器鉴别相位差而得到比较器结果,减小了共模偏移对比较器的影响和静态功耗.同时,电路采用部分单调式的电容阵列电压转换过程,有效减小电容阵列总电容及其功耗.仿真结果表明,在电源电压1 V,采样率308 kS/s,信号幅度0.9 V的情况下,有效位数（ENOB）为9.45 bits,功耗为13.48 μW.      

A PLL Clock Frequency Multiplier Using Dynamic Current Matching Adaptive Charge-Pump and VCO Frequency Reuse

A 3.5 times PLL clock frequency multiplier for low voltage different signal （LVDS） driver is presented. A novel adaptive charge pump can automatically switch the loop bandwidth and a voltage-controlled oscillator （VCO） is designed with the aid of frequency ranges reuse technology. The circuit is implemented using 1st Silicon 0.25 μm mixed-signal complementary metal-oxide-semiconductor （CMOS） process. Simulation results show that the PLL clock frequency multiplier has very low phase noise and very short capture time .     

模/ 数混合集成电路中的数字开关噪声分析

本文分析了静态CMOS逻辑开关在模 数混合集成电路中的开关特性、噪声特性、功耗及功耗延迟积等对其性能的影响 ,并提出用电流控制逻辑结构代替静态CMOS逻辑 ,实现低电压工作性能和峰值噪声电流下降     

动态电压调整的系统级功耗管理模型

动态功耗管理技术还需更多的系统工作模型理论研究,该文提出了一种新的采用适于动态电压调整的系统级功耗管理方法,把电压调整比例因子从工作状态建模中独立出来进行优化,能更有效地调整延时和能耗的折衷。分别从理论分析和系统仿真的方法,对比了不同的固定电压策略和动态电压调整策略的工作性能。结果表明,采用上述理论模型优化搜索得到的电压调整策略实现在设定的不同工作条件下具有较强的速度功耗调节能力,能够满足具体工作的性能要求,并且节省很大的功耗。     

抗软错误SRAM单元设计

随着半导体工艺技术的发展,节点电容和电源电压的减小加剧了软错误对集成电路设计的影响.高能带电粒子入射SRAM单元敏感节点引起的软错误可能通过改变基于SRAM的FPGA的存储单元配置而改变芯片功能.在此类型FPGA芯片内,SRAM单元存放着FPGA的配置数据,因此增强SRAM的抗软错误性能是提升FPGA芯片可靠性的最有效...     

一种新型的高电源抑制比带隙基准源的设计

利用有源PMOS负载反相器组成电压减法器,将电源噪声引入运放反馈,得到了一种高电源抑制比的基准电压源。对基准源的低频电源噪声抑制进行了推导和分析。仿真结果表明,在3 V电源电压下,在-40~85℃范围内,温度系数低于1.976 ppm/℃;在27℃下,1 KHz时,电源抑制比达88 dB.     

一种高速低相位噪声锁相环的设计

设计了一种1．8V、SMIC0．18μm工艺的低噪声高速锁相环电路．通过采用环行压控振荡器,节省了芯片面积和成本．通过采用差分对输入形式的延时单元,很好地抑制了电源噪声．与传统的简单差分对反相器延时单元相比,该结构通过采用钳位管和正反馈管,实现了输出节点电位的快速转变,整个电路芯片测试结果表明：在输入参考频率为20MHz、电荷泵电流为40μA、带宽为100kHz时,该锁相环可稳定输出频率为7971MHz—1．272GHz的时钟信号,且在中心频率500kHz频编处相位噪声可减小至-94．3dBc／Hz。     

Design and Tool Flow of a Reconfigurable Asynchronous Neural Network Accelerator

Convolutional Neural Networks(CNNs) are widely used in computer vision, natural language processing,and so on, which generally require low power and high efficiency in real applications. Thus, energy efficiency has become a critical indicator of CNN accelerators. Considering that asynchronous circuits have the advantages of low power consumption, high speed, and no clock distribution problems, we design and implement an energy-efficient asynchronous CNN accelerator with a 65 nm Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS) process. Given the absence of a commercial design tool flow for asynchronous circuits, we develop a novel design flow to implement Click-based asynchronous bundled data circuits efficiently to mask layout with conventional Electronic Design Automation(EDA) tools. We also introduce an adaptive delay matching method and perform accurate static timing analysis for the circuits to ensure correct timing. The accelerator for handwriting recognition network(LeNet-5 model)is implemented. Silicon test results show that the asynchronous accelerator has 30% less power in computing array than the synchronous one and that the energy efficiency of the asynchronous accelerator achieves 1.538 TOPS/W,which is 12% higher than that of the synchronous chip.     

面向光通信应用的CMOS 28 Gbps低功耗高抖动容限CDR电路设计

为了解决光模块中高功耗芯片恶化激光调制器性能，以及解决收发端时钟基准偏差导致误码率高的问题，设计了一款低功耗高抖动容限的时钟数据恢复电路（CDR）。通过采用压控振荡器（VCO）型全速时钟的CDR系统架构和电感峰化的时钟缓冲技术，降低了CDR芯片的功耗；通过在CDR积分通路中引入零点补偿电阻，提高了CDR的抖动容限。该CDR采用CMOS 65 nm工艺设计和1.1 V电源供电，后端仿真结果表明：当CDR电路工作在28 Gbps时，功耗是2.18 pJ/bit，能容忍的固定频差是5 000 ppm，恢复时钟的抖动峰峰值是5.6 ps，抖动容限达到了设计指标，且满足CIE-25/28G协议规范。     

Tunnel field-effect transistors as energy-efficient electronic switches

Power dissipation is a fundamental problem for nanoelectronic circuits. Scaling the supply voltage reduces the energy needed for switching, but the field-effect transistors (FETs) in today's integrated circuits require at least 60 mV of gate voltage to increase the current by one order of magnitude at room temperature. Tunnel FETs avoid this limit by using quantum-mechanical band-to-band tunnelling, rather than thermal injection, to inject charge carriers into the device channel. Tunnel FETs based on ultrathin semiconducting films or nanowires could achieve a 100-fold power reduction over complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) transistors, so integrating tunnel FETs with CMOS technology could improve low-power integrated circuits.     

低抖动高线性压控振荡器设计与仿真分析

设计一种应用于锁相环(PLL)电路的压控振荡器(VCO).该电路采用浮空电容结构,相对传统接地电容结构,可提高电容充放电幅值,减小时钟抖动.快速电平检测电路,使电路在未采用反馈和补偿的前提下,减小环路延时,从而实现高线性.电路采用CSMC 0.6 μm CMOS标准工艺库实现.仿真结果表明:振荡频率为0.79,24,30 MHz时的相位噪声达到-128,-122,-120 dBc·Hz^-1@1 MHz.通过调节外接电阻电容,使得电路在3~6 V电源电压下,输出100.0~3.0×10⁷ MHz的矩形波,电路兼具低相位噪声和高线性特性.     

一种低功耗高线性度全差分式压控振荡器的设计

设计了一种只含有两级差分式结构的环形压控振荡器,具有功耗低,电压-频率转换线性度高,相位噪声低的特点.利用上海HUAHONG-NEC 0.35 um的模型,在电源电压为3.3 V,温度为27℃的条件下仿真,振荡频率从20 MHz变化到540 MHz,中心频率为260 MHz,而且电压频率转换曲线呈线性关系,功耗仅为5 mW@520 Mhz.