This paper implements and analyzes logically the Borrow Look-ahead Subtracter using Borrow Generator and Borrow Propagator. In subtracting calculation, we improve the calculating efficiency with using 4-bit subtracter which has Borrow Look-ahead Subtracters connection, and show that this is compatible with adder using the concept of Carry Generator and Carry Propagator. This subtracter may be useful in frequent subtracting calculation. We think this approach makes it possible to implement simple ALU(Arithmetic Logic Unit) with combining the concept of Borrow Look-ahead Subtracter and Carry Look-ahead Adder.
본 논문에서는 DSP에서 필수적인 고속 저 전력 조건 선택 덧셈기/뺄셈기의 마크로 셀 라이브러리를 설계, 구축하였다. 덧셈기의 Carry전달 지연 시간을 최소로 하기 위한 CLA 기법과 연산 가능한 모든 결과 값을 미리 계산한 후 선택하는 조건 선택 기법을 적용하였다. 또한 이러한 설계방법이 8비트에서 64비트까지 자동 생성될 수 있도록 전용 프로그램을 작성하고 셀 기반 설계기법을 도입하여 Auto P&R Tool과 연계하여 자동으로 레이아웃이 가능하도록 하였다. 제안된 덧셈기/뺄셈기는 0.25${\mu}m$, 1-Poly, 5-Metal, N-well CMOS 공정을 사용하여 제작되었으며, 2.5V 단일 공급전압에서 지연시간, 소모 전력을 측정하였다. 측정결과 32 비트 덧셈기/뺄셈기의 경우 3.43ns의 지연시간과 42.8${\mu}w$/MHz의 전력소비를 나타내었다.
This paper describes a design of a 1bit Carry Propagate Free Adder/Subtracter (CPFA/S) VLSI using the Adiabatic Dynamic CMOS Logic (ADCL) circuit technology. Using a PSPICE simulator, energy dissipation of the ADCL 1bit CPFA/S is compared with that of the CMOS 1bit CPFA/S. As a result, energy dissipation of the proposed ADCL circuits is about 1/23 as low as that of the CMOS circuits. The transistors count, propagation-delay tittle and energy dissipation of the ADCL 4bit CPFA/S are compared with those of the ADCL 4bit Carry Propagate Adder/Subtracter (CPA/S). The transistors count and propagation-delay tittle are found to be reduced by 7.02% and 57.1%, respectively. Also, energy dissipation is found to be reduced by 78.4%. Circuit operation and performance are evaluated using a chain of the ADCL 1bit CPFA/S fabricated in a $1.21mutextrm{m}$ CMOS process. The experimental results show that addition and subtraction are operated with clock frequencies up to about 1㎒.
고정도 전류-모드 신호 처리를 위한 새로운 완전-차동형 바이폴라 전류 감산기(FCS)와 이를 이용한 전류-제어 전류 증폭기(CCCA)를 설계했다. 완전-차동 전류 출력을 얻기 위해, FCS는 낮은 전류-입력 임피던스를 갖는 두 개의 전류 폴로워가 좌우 대칭적으로 구성되어 있다. CCCA는 출력전류를 바이어스 전류로 제어하기 위해 완전 차동형 전류 감산기(FCS)와 단일 전류 출력단을 갖는 전류 이득 증폭기(CGA)로 구성되었다. 시뮬레이션 결과 FCS는 5 Ω의 전류-입력 임피던스와 우수한 선형성을 갖는다는 것을 확인하였다. 또한, CCCA는 바어이스 전류를 100μA에서 20 mA까지 가변했을 경우 20 MHz의 3-dB 차단 주파수를 갖는다는 것을 확인하였다. FCS와 CCCA의 전력 소비는 각각 1.8 mW와 3 mW이다.
저전력 전류-모드 신호처리를 위해 새로운 AB급 전류 감산기와 이를 이용한 노튼(Norton) 증폭기를 설계하였다. 전류 감산기는 트랜스리니어 셀(translinear cell), 2개의 전류 미러, 그리고 공통-이미터 증폭기로 구성되었다. 전류 감산의 원리는 트랜스리니어 셀로 입력되는 두 전류의 차가 전류 미러에 의해 얻어지고 이 전류는 공통-이미터 증폭기에 의해 ${\beta}$배 증폭되는 것이다. 노튼 증폭기는 설계한 AB급 전류 감산기와 광대역 전압 버퍼(buffer)로 구성되었다. 시뮬레이션 결과 전류 감산기는 $20{\Omega}$의 입력 저항, 50배의 전류 증폭도, $i_{IN1}$ > $i_{IN2}{\geq}4I_B$의 전류 입력 범위를 갖고 있다는 것을 확인하였다. 노튼 증폭기는 ${\pm}2.5V$ 공급전압에서 312MHz의 단위-이득 주파수, 130dB의 트랜스래지스턴스(transresistance), 4mW의 소비전력은 갖고 있다.
이진수 시스템에서는 하드웨어 구현, 연산속도 등에 따라 음수와 양수를 나타내는 여러 가지 수 표현법이 있다. 그 중에서 한 비트로 부호를 정하고 나머지 비트들로 절대값을 표현하는 부호화-절대값 표현법은 간단하고 부호비트를 변환 시키는 것만으로 음수를 구할 수 있다. 그러나 부호화-절대값 표현법에서 실제 계산은 연산과 연산자들의 부호에 따른 절대값 비교를 필요로 한다. 간단한 구조에서 두 부호화-절대값 수의 덧셈, 뺄셈 연산기는 비교기와 선택적인 보수기, 덧셈기로 구성된다. 본 논문에서는 명시적인 비교기 사용 없이 두 수의 차이를 구할 수 있는 회로를 설계하고 이 회로를 이용하여 두 부호화-절대값으로 표현되는 수의 덧셈/뺄셈을 수행하는 가/감산기 설계하였다.
The expandable 4 bit adder/subtracter IC was designed using the adiabatic and dynamic CMOS logic (ADCL) circuit as the ultra-low power consumption basic logic circuit and the IC was fabricated using a standard 1.2 ${\mu}$ CMOS process. As the result the steady operation of 4 bit addition and subtraction has been confirmed even if the frequency of the sinusoidal supply voltage is higher than 10MHz. Additionally, by the simulation, at the frequency of 10MHz, energy consumption per operation is obtained as 93.67pJ (ar addition and as 118.67pJ for subtraction, respectively. Each energy is about 1110 in comparison with the case in which the conventional CMOS logic circuit is used. A simple and low power oscillation circuit is also proposed as the power supply circuit f3r the ADCL circuit. The oscillator operates with a less one volt of DC supply voltage and around one milli-watts power dissipation.
A Novel fully-differential bipolar current-controlled current amplifier(CCCA) for electrically tunable circuit design at current-mode signal processing were designed. The CCCA was consisted of fully-differential subtracter and fully-differential current gain amplifier. The simulation result shows that the CCCA has current input impedance of 0.5 Ω and a good linearity. The CCCA has 3-dB cutoff frequency of 20 MHz for the range over bias current 100$mutextrm{A}$ to 20 ㎃. The power dissipation is 3 mW.
The presence of narrowband interference (NBI) in Direct-sequence code division multiple access (DS/CDMA) systems is an inevitable problem when the interference is strong enough. The improvement in the system performance employs by adaptive narrowband interference suppression techniques. Basically there have been two types of method for narrowband interference suppression estimator/subtracter approaches and transform domain approaches. In this paper the focus is on the type of estimator/subtracter approaches. However, the binary direct sequence (DS) signal, that acts as noise in the prediction process is highly non-Gaussian. The case of a Gaussian interferer with known in an autoregressive (AR) signal or a digital signal and also in a sinusoidal signal (Tone) that included in is paper. The proposed NBI suppression is presence in an adaptive IIR notch filter for lattice structure and more powerful by using a variable step-size algorithm. The simulation results show that the proposed algorithm can significantly increase the convergence rate and improved system performance when compare with adaptive least mean square algorithm (LMS).
본 논문에서는 NST (new Svoboda-Tung) 알고리즘을 이용한 비동기식 제산기의 효율적 설계에 관해 기술한다. 본 제산기설계에서는 비동기 설계방식을 사용하여 제산연산이 필요할 때에만 동작함으로써 전력소모를 줄이도록 설계한다. 제산기는 비동기식 파이프라인 구조를 이용한 per-scale부, iteration step부, on-the-fly converter부의 세부분으로 구성된다. Per-scale부에서는 새로운 전용 감산기를 이용하여 적은 면적과 고성능을 갖도록 설계한다. Iteration step부에서는 4개의 division step을 갖는 비동기식 링 구조로 설계하고, 아울러 크리티컬 패스(critical path)에 해당하는 부분만을 2선식으로, 나머지 부분은 단선식으로 구성하는 구현방법을 채택하여 하드웨어의 오버헤드를 줄인다. On-the-fly converter부는 iteration step부와 병렬연산이 가능한 on-the-fly 알고리즘을 이용하여 고속연산이 되도록 설계한다. 0.6㎛ CMOS 공정을 이용하여 설계한 결과, 1,480 ×1,200㎛²의 면적에 12,956개의 트랜지스터가 사용되었고, 41.7㎱의 평균지연시간을 가졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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