طراحي VLSI يك ALU چهار بيتي با استفاده از مدارهاي CMOS ديناميك با منطق تركيبي دومينو و نورا

VLSI design of a 4-bit ALU using dynamic CMOS circuits with combined Domino and NORA logic

يكي از قسمت هاي مهم در پياده سازي ريزپردازنده هاي VLSI، پياده سازي واحد محاسبه و منطق (ALU) است. پياده سازي دقيق و كارايِ ALU نقش اساسي در بهبود مؤلفه هاي مختلف ارزيابيِ ريزپردازنده ها، شامل سرعت، توان مصرفي و سطحِ تراشه دارد. در اين مقاله يك ALU چهاربيتي در سطوح گيت، ترانزيستور و Layout طراحي و شبيه سازي شده است. طراحي سطح گيت به صورت برش بيتي بوده و به راحتي قابل تعميم به ALU هاي 16، 32 و 64 بيتي است. در سطح ترانزيستور از مدارهايCMOS ديناميك شامل تركيب مناسبي از مدارهايي با منطق دومينو، منطق n-p استاتيك و منطق NORA استفاده شده است. ALU پيشنهادي در سطح Layout با موفقيت در تكنولوژي CMOS با ابعاد كانال 0.6μm پياده سازي و تست شده است، نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه هسته ALU طراحي شده با تاخير 10 نانوثانيه و فركانس كاري 100 مگاهرتز قادر به انجام محاسبات منطقي و رياضي است. مطالعه اين مقاله براي دانشجويان علاقه مند به طراحي VLSI و همچنين كسب و كارهاي نوين در حوزه طراحي و ساخت مدارهاي مجتمع ديجيتال در سطح Layout، بسيار سودمند و كاربردي است.

Implementation of the arithmetic and logic unit (ALU) is an important step in the VLSI design of modern processors. Accurate and efficient implementation of ALU plays an essential role in processor evaluation parameters, including speed, power consumption and chip surface. In this article, a four-bit ALU is designed and simulated at the gate, transistor and layout levels. The presented design is in the form of bit-slice and can be easily extended to 16, 32 and 64 bit ALUs. At the transistor level, presented design profited an appropriate combination of domino, n-p and NORA logics in dynamic CMOS cicuits. The proposed ALU at the layout level has been successfully implemented in CMOS 0.6?m technology, the simulation results show that the designed ALU can performing logical and arithmetic operations with a delay of 10ns and frequency of 100MHz. Studying this article is very useful and practical for students interested in VLSI design as well as businesses in the field of designing and manufacturing digital integrated circuits at the layout level.