글리치 감소를 통한 저전력 16비트 ELM 덧셈기 구현

An Implemention of Low Power 16bit ELM Adder by Glitch Reduction

저전력을 실현하기 위하여 구조, 논리 및 트랜지스터레벨에서 16비트 덧셈기를 설계하였다. 기존의 ELM덧셈기는 입력 비트 패턴에 의해 계산되는 블록캐리발생신호 (block carry generation signal) 때문에 특정 입력 비트 패턴이 인가되었을 때에는 G셀에서 글리치(glitch)가 발생하는 단점이 있다. 따라서 구조레벨에서는 특정 입력 비트 패턴에 대해서 글리치를 피하기 위해 자동적으로 각각의 블록캐리발생신호를 마지막 레벨의 G셀에 전달하는 저전력 덧셈기 구조를 제안하였다. 또한, 논리레벨에서는 정적 CMOS(static CMOS)논리형태와 저전력 XOR게이트로 구성된 저전력 소모에 적합한 조합형 논리형태(combination of logic style)를 사용하였다. 게다가 저전력을 위하여 트랜지스터레벨에서는 각 비트 전파의 논리깊이(logic depth)에 따라서 가변 크기 셀들(variable-sized cells)을 사용하였다. 0.6㎛ 단일폴리 삼중금속 LG CMOS 표준 공정변수를 가지고 16비트 덧셈기를 HSPICE로 모의 실험한 결과, 고정 크기 셀(fixed-sized cell)과 정적 CMOS 논리형태만으로 구성된 기존의 ELM 덧셈기에 비해 본 논문에서 제안된 덧셈기가 전력소모면에서는 23.6%, power-delay-product면에서는 22.6%의 향상을 보였다.

We have designed a 16bit adder which reduces the power consumption at each level of architecture, logic and transistor. The conventional ELM adder has a major disadvantage which makes glitch in the G cell when the particular input bit patterns are applied, because of the block carry generation signal computed by the input bit pattern. Thus, we propose a low power adder architecture which can automatically transfer each block carry generation signal to the G cell of the last level to avoid glitches for particular input bit patterns at the architecture level. We also use a combination of logic styles which is suitable for low power consumption with static CMOS and low power XOR gate at the logic level. Futhermore, The variable-sized cells are used for reduction of power consumption according to the logic depth of the bit propagation at the transistor level. As a result of HSPICE simulation with $0.6\mu\textrm{m}$ single-poly triple-metal LG CMOS standard process parameter, the proposed adder is superior to the conventional ELM architecture with fixed-sized cell and fully static CMOS by 23.6% in power consumption, 22.6% in power-delay-product, respectively.