西工大数字集成电路实验报告数集实验6.doc

练习六加法器的设计一、使用与非门(NAND)、或非门(NOR)、非门(INV)等布尔逻辑器件实现下面的 设计1、仿照卜图的全加器，实现一个N位的减法器要求仿照图1画出N位减 法器的结构 Bo Aj A2 B2 A3 B3图1四位逐位进位加法器的结构2、根据自己构造的N位减法器，写出减法器最差情况下的延迟Tsub(用Tcarry, Tsum来表示)并进一步尝试用布尔器件的延迟Tnand、Tnor、Tinv来表示Tsub解：1、真值表:ABCi (低位来的借位信号)c (向高位的借位信号)s (求和)0000000111010110111010001101Z001100011111由于相同输入端数0相M吋，与非门(NAND)比或非门(NOR)還辑功效耍低,故在此处仅用与非门(NAND)和反相器(INV)实现，逻辑表达式及化简：S = h(1,2,4J)= ABCi + ABCi + ABCS + ABCi = ABCi + C0(/l + B + q)=ABCi •Co •ABC,Co = [ （1,2,3,7）=AB + BCi + ACZ = • AC,又S = A㊉㊉C,则有至（人S，C；） = S（Z，豆，C,.）又 C0(A，B,C/) = C0(A,B,C/) 结构示意图：!1!位逐位全减器(Full Subtraction)不意2、减法器最差情况卜*的延迟发生在最低宥效位产生的借位一直全程传播到最高 立 U 寸^^ =、N — ^carr> +Tsum用布尔器件的延迟1-d Tinv来表示(此处计算时包括输入信号产生反相信号吋的延迟)Tcarry _ Tinv + 2 < Tnand， Tsum — Tjnv + 3 •Tnand故该进位链在最差的情况下总的传播延时：=(N-队卿 + 乃訓=(N -1 )(Thlv + 2Tnand) + (7：nv+ 3Tnand) = NTinv + (2N 4-1 )Tnand二、利用课本416页介绍的镜像加法器，实现16位的申行进位链路加法器。

假 设标准反相器(Wpmos=2 , Wnmos=l)的本征延迟为 Tp0=20ps，Tsum=120ps (认为/ = 1，并且所冇的逻辑类型具冇与反相器相同的本征延迟)1、 实现一个16位进位加法器，耍求不进行进位链路中反相器的优化设置 （其它延迟优化是耍考虑的），要求加法器在输入最差情况下的延迟小于3ns,试确定全加器中各管子尺、J\2、 实现~个16位进位加法器，要求优化进位链路中反相器设置，以达到最 优的进位链路延迟，要求加法器在输入最差情况不的延迟小于3ns，试确定全加 器中务管子尺、I■■■V■■-Prop 叫，toPropo^tDKinVD石.CwiwatB24 transistors提示:假设出关键路径中相关门的尺寸系数解：1、不进行进位链路中反相器的优化设置，但考虑其它延迟优化吋保持优化扇 出为2,所得到的晶体管尺、r标在下图中："-Propagate"1 ••-PropagateKillCn XCoVDD26 transistors反相器的逻辑努力为1，扇岀应该为4,以实现最优锥形系数要求的门努力 认为Z=1 ,并且所有的逻辑类型具有与反和器和同的本征延迟，所以每一级中0，•到&的延迟:100 psp0(l4-^)^20x(l + 4 + 2 + 8 + 4x^)所以每一级中G到&的延迟:f 6 + 3 + 4 + 2 + 6 + 3 2tp2=〜()0 + )= 20x(1+ X—) = 100/zs’ 1 Y 8 + 4 1则q到的传播延迟：7：^ =rp.+rp2 = 100+ 100 = 200/75所以该进位链在最差的情况下总的传播延吋：，-mum : (16 -1)x 200 +120 = 3120/zv = 3.12似2、因为进位电路尺寸对称，则其每一个输入的逻辑努力为2,这意味着优化尺 、J•以达到最小延吋的最优扇出数应当为(4/2) =2。

又进位输出驱动W个内部的 栅电容和6个所连下一级加法器单元的栅电容故把进位级的尺寸増大到大约为 求和级的3倍，这仍保持优化扇出为2,所得到的晶体管尺、r标在下图中：H0H-Propagate"1 ■••Prop agate24 transistors最差情况下的延迟发生介:最低奋效位产生的借位一直全程传播到最高奋效位吋令y= 1,所有的逻辑类型具有与反和器和同的本征延迟，所以每一级中中 的延迟：//,od + y) = 2Ox(l4-4 + 2 + 12 + 6 + 6 + 3 + 4 + 212 + 6x y) = 106.7 ps所以该进位链在最差的情况下总的传播延时：t(ldder =(N-1)7；科,+ 7；谓=(16-1)x106.7 + 120 = 1720.5 % = 1 J2ns。