低功耗高可靠CMOS數(shù)字電路反饋鏈的技術(shù)研究.pdf

1、信息論是研究信息流通系統(tǒng)的基本工具，其信息熵表征了信息的不確定度，互信息表征了通信前后系統(tǒng)不確定度的減少量。通信中常用互信息來(lái)表征通信系統(tǒng)的處理能力，其與信道容量以及電路功率息息相關(guān)，且其研究的主要目的是為了提高通信系統(tǒng)的可靠性和有效性?；诖?，本論文考慮到可以利用信息論分析指導(dǎo)電路，旨在利用通信知識(shí)為電路分析設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
　　以信息論分析指導(dǎo)電路，其基本思路為：由概率模型出發(fā)，分析電路模塊的信息熵，互信息，信道容量的變化，

2、并與供電電壓，電路功率等結(jié)合，從而達(dá)到分析電路的目的?；诖怂枷?，本論文從基本門(mén)電路、新型低功耗高可靠 MRF（Markov Random Field，馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)論）電路、新型高可靠概率計(jì)算方法三個(gè)方面出發(fā)，旨在通過(guò)概率模型的建立，基于信息論觀點(diǎn)給出基本門(mén)電路的互信息隨正確概率的變化趨勢(shì)，給出新型電路的理論優(yōu)勢(shì)，以及概率計(jì)算模塊電路計(jì)算長(zhǎng)度等理論下界的分析。
　　由于信息論中常用互信息來(lái)表征通信系統(tǒng)的處理能力，并且其與信道容量

3、以及電路功率息息相關(guān)，因此有必要跳出具體電路，對(duì)抽象電路進(jìn)行建模，分析其互信息以及容錯(cuò)特性。基于此思想，本論文通過(guò)將電路劃分為對(duì)稱(chēng)信道以及非對(duì)稱(chēng)信道兩類(lèi)，分別給出了其互信息關(guān)于其正確概率以及非對(duì)稱(chēng)因子的變化趨勢(shì)，為之后電路設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)；并且由于反饋結(jié)構(gòu)通信具有容錯(cuò)特性，因此我們還分析了反饋電路對(duì)互信息的影響，證明出通過(guò)反饋可以增加其電路的正確概率以及降低其非對(duì)稱(chēng)因子，從而增加其電路的互信息。并且我們還給出了一般模塊電路的分析思路以及

4、利用信息論觀點(diǎn)分析電路的供電電壓、功耗、能量等分析流程。
　　低功耗技術(shù)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，尤其對(duì)于手持移動(dòng)設(shè)備重要性更為突出，而降低電壓是降低功耗最直接有效的方式之一。傳統(tǒng) CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）電路在低電壓條件下已無(wú)法正常工作，而基于能量觀點(diǎn)的新型低功耗高可靠MRF電路卻在超低電壓下?lián)碛蠦ER（Bit Error Rate，比特誤碼率）低于5

5、10?良好穩(wěn)定性；但是MRF電路缺少理論研究，因此本論文由新型MRF電路為切入點(diǎn)，以MRF非門(mén)，與非門(mén)為例，通過(guò)概率模塊的建立，基于信息論的觀點(diǎn)證明出其在輸出正確概率相同的條件下，MRF電路的供電電壓下界低于傳統(tǒng)CMOS電路，并且進(jìn)一步證明出其本質(zhì)原因在于概率的不對(duì)稱(chēng)性，給出了MRF電路在低電壓下高容錯(cuò)的理論依據(jù)。
　　新型概率計(jì)算方法由于其器件面積小，運(yùn)算速度快以及反饋速度快的特點(diǎn)而備受關(guān)注，基于此，本論文考慮基于信息論對(duì)概率計(jì)