مقاله طراحی مبنای ٣ مدار تمام جمع کننده مد جریان دو جهته

word قابل ویرایش
26 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

طراحی مبنای ٣ مدار تمام جمع کننده مد جریان دو جهته

چکیده : هدف اصلی این مقاله طراحی جدیدی از مدار تمام جمع کننده دو جهته مد جریان در مبنای ٣ می باشد. جهت بهبود کارایی مدار، نوع جدیدی از مدار تشخیص آستانه مد ولتاژ پیشنهاد داده می شود که از آن به جای مدار تشخیص آستانه مد جریان استفاده شده است . با استفاده از طراحی مبنای ٣، تغییرات منطقی ارقام برای سیگنال جمع میانی ١ و رقم نقلی ٢ تمام جمع کننده ، در دامنه {١و٠و١-} خواهد بود. طراحی جدید مدار تشخیص آستانه بعلاوه استفاده از مبنای ٣ و همچنین کاهش تعداد ترانزیستورهای مصرف شده ، سرعت را در مدار تمام جمع کننده افزایش می دهد و در نهایت کارایی مدار افزایش خواهد یافت . نتایج حاصل شده به وسیله شبیه سازی توسط افزار نرم Hspice به دست آمده است .

١- مقدمه
اتصالات میان مداری در مدارات VLSI٣ مهمترین مانع جهت افزایش سرعت و کاهش حجم ، به دلیل تاخیرهای RC مدار می باشد. تا جایی که در طراحی های مدرن بیش از نیمی از فضای اشغال شده به دلیل اتصالات میان مداری می باشد[١ و٢] .
در این راستا منطق چند ارزشی به صورت بالقوه توانایی کاهش میزان این اتصالات و همچنین تعداد عناصر فعال را خواهد داشت ، همچنین با استفاده از منطق چند ارزشی ، میزان اطلاعات ارسالی از هرسیم به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. این مساله باعث افزایش کارایی مدار به لحاظ سرعت و حجم تراشه خواهد شد[ ٣و۴]. در ادامه این روند، مدارات مد جریان بهترین انتخاب جهت پیاده سازی منطق چند ارزشی می باشد
[ ۵ و۶].
به لحاظ پیاده سازی ، مدارات مد جریان ، مزایای قابل ملاحظه ای بر مد ولتاژ خواهند داشت . پیاده سازی اینگونه مدارات در مد ولتاژ نیاز به سطوح مختلف ولتاژ از صفر تا Vdd خواهد داشت . به همین دلیل دامنه
تغییرات خطای سیستم بستگی مستقیم با ولتاژ تغذیه دارد. در پیاده سازی مد جریان ، مساله وابستگی به منبع تغذیه کمتر است و همچنین به دلیل داشتن دو خاصیت ذاتی مقدار و جهت برای جریان ، اعداد مثبت و منفی به وسیله یک جریان ، قابلیت نمایش را خواهند داشت .

٢- سیستم اعداد متقارن
مهمترین مانع افزایش کارایی مدارات محاسباتی ، ارتباط واحدهای محاسباتی جهت انتقال رقم نقلی در زنجیره محاسبات ارقام می باشد.
یکی از راه حل های این مشکل حذف رقم نقلی به وسیله استفاده از سیستم اعداد افزونه ارائه شده به وسیله Avizienis است [٧]. جهت استفاده در مدارات تمام جمع کننده کاملا موازی که در آن تاخیر رقم نقلی به صورت مطلق حذف شده است ، سیستم اعداد علامت دار استفاده می گردد. در این صورت انتشار رقم نقلی حذف می گردد که هر رقم نتیجه شده حاصل از عملیات جمع ، فقط و فقط وابسته به دو رقم ورودی خواهد بود. به همین ترتیب عملیات تفریق نیز با استفاده از این سیستم قابلیت پیاده سازی را دارا می باشد.خصوصیات زیر برای سیستم اعداد علامت دار قابل ذکر است . برای هر مبنای در نظرگرفته شده r به صورتی که ٢≤ r، یک عدد از سیستم اعداد علامت دارکه متشکل از n رقم باشد، یا به عبارتی ارزش جبری معادل رابطه خواهد داشت .
در این صورت هر رقم Xi از عدد X ، ارزشی معادل یکی از اعضای مجموعه را خواهد داشت .
عدد اصلی مجموعه فوق ١+ α٢و بیشترین مقدار α می باید در رابطه (١) صدق نماید.

باید توجه داشت که برای مبنای مفروض r ، α مقدار یکتایی نخواهد داشت . بنابراین ممکن است بیش از یک سری عددی معتبر داشته باشیم . به منظور اینکه افزونگی کمینه (Minimum Redundancy)
حاصل گردد، می باید در نظر گرفته شود.

در این راستا جهت ارائه “سیستم جمع تمام موازی ” یا همان (Totally Parallel Addition)، لازم است زنجیره ارقام نقلی شکسته شود بنابراین α می باید در رابطه (٢) صدق نماید.

در نمایش سیستم اعداد علامتدار، انتشار رقم نقلی در هنگام جمع و تفریق به یک مکان چپ رقم بستگی دارد[٨ و٩] . این خصوصیتی است که در سیستم های عددی برای عمل جمع مورد استفاده قرار می گیرد، همچنین از این خصوصیت در ضرب اعداد نیز استفاده می گردد[١٠]. در راستای پیاده سازی سیستم مدارات حسابی ، استفاده از مدارات منطقی چند ارزشی به صورت بسیار فشرده امکان پذیر است [١١]. در مجموع ، مدارات چند ارزشی دو جهته مد جریان جهت پیاده سازی سیستم اعداد علامتدار برای جمع جبری ، به وسیله استفاده از خاصیت سیم بندی (Wiring)، کاملا مناسب می باشد. به وسیله استفاده از این خاصیت ، پیچیدگی اتصال میانی در اینگونه مدارات به میزان قابل توجهی کاسته شده و در نتیجه کارایی مدار افزایش یافته ، همچنین مدارات VLSIفشرده تری را نتیجه خواهد داد.
٣- مدارات مد جریان دو جهته
در مدارات مد جریان ، ارزشها به وسیله سطوح جریان نمایش داده می شوند، در حالیکه در مدارات مد ولتاژ این مساله با سطوح مختلف ولتاژ قابلیت پیاده سازی را دارا می باشد.
در مدارات مد جریان همچنین قابلیت جمع ارقام در یک نقطه مساله ای است که تنها به وسیله جمع جبری اتصال سیمها در آن نقطه قابل پیاده سازی است . در این راستا جمع دو سیگنال چند ارزشی مد جریان نیاز به عناصر فعال اضافی نخواهد داشت . جمع با استفاده از خواص جبری جریان در یک نقطه ، بزرگترین و اولین مزیت یک مدار مد جریان در مقایسه با مدارات محاسباتی دیگرمی باشد. این خاصیت نخستین بار توسط Dao [١٢] معرفی شده است . در راستای استفاده از خواص جمع جبری مدارات مد جریان ، مدارات یک جهته همواره بهترین گزینه جهت پیاده سازی مدارات محاسباتی بر پایه سیستم اعداد علامتدار نخواهند بود. در این راستا استفاده از مدارات مد جریان دو جهته انتخابی بهتر جهت پیاده سازی سیستم اعداد علامتدار است .
در شکل (١) اساس جمع جبری دو جهته جریان بر اساس قانون کیرشهف نشان داده شده است ، در این راستا جریان Z مجموع جریانهای X وY خواهد بود. در ادامه جریان Z به عناصر مد جریان متوالی چون “آیینه جریان “، “تشخیص آستانه ” سویچ ها جهت تشخیص جهت و سطوح جریان برای انجام ادامه عملیات اعمال خواهد شد[١٢].

شکل ١- جمع جبری دو جهته
در عناصری مانند آیینه جریان و مقایسه کننده جریان ، جهت کارکرد بهینه ، ترانزیستورها هنگاهی که روشن هستند ، می باید در مد اشباع باقی بمانند. در شکل (٢) عناصر پایه ای استفاده شده در مدارات مد جریان مانند آیینه جریان و عنصر تشخیص آستانه مشاهده می شود.

در شـکل ٢ (a) و (b) بـه ترتیـب نشـانه عنصـر آیینـه جریـان n و مدارمرتبط با آن و همچنین در قسمت های (c) و(d) به ترتیب نشـانه عنصر آیینه جریان p و مدار مذکور مشاهده مـی گـردد. بلوکهـای p,n
آیینه جریان NMOS و PMOS را نمایش می دهند، استفاده از آیینه جریان به سه منظور صورت مـی گیـرد، یکـی تعـویض جهـت جریـان ، دیگری جهت کپی نمودن مقدار جریان و در نهایت استفاده از آن ممکن است به منظور تغییر مقیاس باشـد .طبـق رابطـه ۳ بـرای عنصـر آیینـه جریان خواهیم داشت :

در شکل ٢ (e) نشانه عنصر تشخیص آستانه ودر قسمت (f) مدار متناظر با آن طراحی و پیاده سازی شده است . عملکرد مدار شکل ٢ (f) به گونه ای است که هنگامی که ورودی X از میزان T کمتر باشد خروجی Y جریان صفر و در غیر این صورت معادل مقدار m خواهد بود، به صورت خلاصه عملکرد یک عنصر تشخیص آستانه در رابطه ۴ تشریح شده است [۴].

عنصر مهم بعدی جهت پیاده سازی مدارات مد جریان دو جهته “ورودی دو جهته جریان ” یا ۴ (BDCI) نامیده می شود.در شکل (٣) طراحی عنصر مذکور نشان داده شده است .
عملکرداین عنصربه صورتی است که سیگنال ورودی دو جهتـه را بـه دو سیگنال جریان یک جهته تجزیه می نماید، خروجی +x جهـت نمـایش ورودی +I وخروجی −x جهت نمایش −I است . در صورت استفاده از این نوع عنصر می توان ورودی را به صورت دو جهته (مثبت و منفی ) به مدار داده پس از آنالیز، خروجی را نیز به دو صورت دریافت نمود.

۴- مدارات حسابی سیستم اعداد علامتدار با استفاده از مبنای N

سیستم ارقام متقارن در مبنای N،۱-۲Nعضو خواهد داشت .

با اندکی تغییر مشاهده می شود سیستم ′L هم ارز L خواهد بود.

مشخص است که رابطه N<1-2N با شرط (٢≤ N) همواره بـر قـرار خواهد بود، در این صورت واضح است سیستم از نوع اعداد افزونـه مـی باشد.در ایـن سیسـتم هـر عـدد مفـروض X کـه در آن در محدوده معتبر است .(اگر ۱=n فرض شود محـدوده اعتبار عدد مفروض شامل خواهد بود.)

در حالت کلی عدد مفروض X در نمـایش سیسـتم اعـداد علامتـدار بـه صورت یکتایی کد نمی شود.
این افزونگی در نمایش اعداد، اجرای عملیات موازی سریع به روی اعداد را امکـــان پـــذیر مـــی نمایـــد. در ایـــن راســـتا جمـــع دو عـــدد به وسیله اعمال سه مرحله متوالی زیر صورت می پذیرد.

طبق شکل ۴، Zi جمع خطی دو رقم Xi وYi خواهد بود، همچنینWi جمع میانی و ci به عنوان رقم نقلی در نظر گرفته می شود. همچنین محدوده اعتبار ارقام یاد شده طبق رابطه (۹) بیان می گردد.

همانطور که ذکر گردید، در نظر گرفته شده، در این صورت واضح است هنگامی که عملیات جمع به درستی صورت گیرد، رابطه می باید برقرار باشد. جمع نهایی که با Si نشان داده می شود، به وسیله عملیات جمع موازی سریع به دست می آید که از طول داده های ورودی نیز مستقل است. شکل ۴ یک جمع کننده موازی اعداد علامتدار بر پایه مدارات دو جهته مد جریان را نمایش می دهد. پیاده سازی مرحله ۶ و ۸ عملیات جمع، تنها به وسیله جمع جبری دو جهته ، بدون نیاز به هیچ گونه سخت افزار فعال، قابلیت پیاده سازی را دارا می باشد. رابطه ۷ نیز به وسیله مدار تمام جمع کننده اعداد

علامتدار۵ (SDFA) پیاده سازی می گردد. از رابطه ٧ و ٩ نتیجه می شود که جمع میانی wi ورقم نقلی ci طبق روابط زیر به دست می آید.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 26 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد