四位超前进位加法器

11.课程设计名称四位超前进位加法器2.课程设计内容设计一个四位加法器，要求要有超前进位，减小输出的延迟，采用0.13um工艺设计。3.课程设计目的训练学生综合运用学过的数字集成电路的基本知识，独立设计相对复杂的数字集成电路的能力。4.课程设计要求4.1、按设计指导书中要求的格式书写，所有的内容一律打印；4.2、报告内容包括设计过程、仿真的HSPICE网表，软件仿真的结果及分析、延时的手工计算；4.3、要有整体电路原理图，仿真的波形图；4.4、软件仿真必须要有必要的说明；要给出各个输入信号的具体波形和输出信号的测试结果。4.5、写出对应的HSPICE设计网表，网表仿真结果符合设计要求。把仿真图形附在报告上。4.6、设输入端的电容为Cinv，输出端的负载电容为5000Cinv，从输入到输出任意找一通路，优化通路延时，手工计算确定通路中每个门对应的晶体管的尺寸。每组三个同学选择不能为同一通路。此部分的计算参数可采用书中第六章的参数。4.7、各种器件的具体结构可参考阎石的《数字电子技术基础》一书。不允许有完全一样的报告，对于报告完全相同者，记为不及格。5.使用软件软件为HSPICE和COSMOS-SCOPE。6.课程设计原理由全加器的真值表可得Si和Ci的逻辑表达式：2定义两个中间变量Gi和Pi：当Ai＝Bi＝1时，Gi＝1，由Ci的表达式可得Ci＝1，即产生进位，所以Gi称为产生量变。若Pi＝1，则Ai·Bi＝0，Ci＝Ci-1，即Pi＝1时，低位的进位能传送到高位的进位输出端，故Pi称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。将Gi和Pi代入Si和Ci得：进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：根据逻辑表达式做出电路图（如图）：3逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：47.课程设计网表*xor2.subcktxor2abcdfmxorpa1avddvddpmosl=2w=8mxorpbfd1vddpmosl=2w=8mxorpc2bvddvddpmosl=2w=8mxorpdfc2vddpmosl=2w=8mxornafa30nmosl=2w=4mxornb3b00nmosl=2w=4mxorncfc40nmosl=2w=4mxornd4d00nmosl=2w=4.endsxor2*and2.subcktand2abfmandpafavddvddpmosl=2w=4mandpbfbvddvddpmosl=2w=45mandnafa10nmosl=2w=4mandnb1b00nmosl=2w=4.endsand2*and3.subcktand3abcfmandpafavddvddpmosl=2w=4mandpbfbvddvddpmosl=2w=4mandpcfcvddvddpmosl=2w=4mandnafa10nmosl=2w=6mandnb1b20nmosl=2w=6mandnc2c00nmosl=2w=6.endsand3*and4.subcktand4abcdfmandpafavddvddpmosl=2w=4mandpbfbvddvddpmosl=2w=4mandpcfcvddvddpmosl=2w=4mandpdfdvddvddpmosl=2w=4mandnafa10nmosl=2w=8mandnb1b20nmosl=2w=8mandnc2c30nmosl=2w=8mandnd3d00nmosl=2w=8.endsand4*or2.subcktor2abfmorpa1avddvddpmosl=2w=8morpbfb1vddpmosl=2w=8mnafa00nmosl=2w=4mnbfb00nmosl=2w=4.endsor2*or3.subcktor3abcfmorpa1avddvddpmosl=2w=12morpb2b1vddpmosl=2w=12morpcfc2vddpmosl=2w=12mnafa00nmosl=2w=4mnbfb00nmosl=2w=4mncfc00nmosl=2w=4.endsor36*or4.subcktor4abcdfmorpa1avddvddpmosl=2w=16morpb2b1vddpmosl=2w=16morpc3c2vddpmosl=2w=16morpdfd3vddpmosl=2w=16mnafa00nmosl=2w=4mnbfb00nmosl=2w=4mncfc00nmosl=2w=4mndfd00nmosl=2w=4.endsor4*not.subcktnotafmnotpafavddvddpmosl=2w=4mnotnafa00nmosl=2w=2.endsnot*反相器*or21.subcktor21abfxor2ab1or2xnot1fnot.endsor21*2输入或门*or31.subcktor31abcfxor3abc1or3xnot1fnot.endsor31*3输入或门*or41.subcktor41abcdfxor4abcd1or4xnot1fnot.endsor41*4输入或门*xor21.subcktxor21abfxmaA5notxnbB5notxxorabA5B5fxor2.endsxor21*2输入异或门*and217.subcktand21abfxand2ab1and2xnot1fnot.endsand21*2输入与门*and31.subcktand31abcfxand3abc1and3xnot1fnot.endsand31*3输入与门*and41.subcktand41abcdfxand4abcd1and4xnot1fnot.endsand41*4输入与门xxor211a1b1p1xor21xxor212a2b2p2xor21xxor213a3b3p3xor21xxor214a4b4p4xor21xand211a1b1g1and21xand212a2b2g2and21xand213a3b3g3and21xand214p1c0m0and21xor211m0g1c1or21*进位C1xand311p2p1c0m1and31xand215p2g1m2and21xor312g2m1m2c2or31*进位C2xand411p3p2p1c0m3and41xand313p3p2g1m4and31xand216p3g2m5and21xor412m3m4m5g3c3or41*进位C3xxor215p1c0s1xor21*输出s1xxor216p2c1s2xor21*输出s2xxor217p3c2s3xor21*输出s3xxor218p4c3s4xor21*输出s4.includec:\lib\130nm_bulk.ltt8.optscale=0.05u.globalvddgndvddvdd01.2va1a10pulse1.21.220n1f1f30n100nva2a20pulse0020n1f1f30n100nva3a30pulse0020n1f1f30n100nva4a40pulse0020n1f1f30n100nvb1b10pulse1.21.220n1f1f30n100nvb2b20pulse1.21.2201f1f30n100nvb3b30pulse0020n1f1f30n100nvb4b40pulse1.21.220n1f1f30n100nvc0c00pulse004n1f1f0n100n.tran1n100n.plottranv(s1).plottranv(s2).plottranv(s3).plottranv(s4).end8.结果及分析由波形可知:当输入a1=1，b1=1，前一级进位c0=0时，s1=a1+b1+c0=0，下一级进位c1=1.9由波形可知:当输入a2=0，b2=1，前一级进位c1=1时，s2=a2+b2+c1=0，下一级进位c2=1.由波形可知:当输入a3=0，b3=0，前一级进位c2=1时，s3=a3+b3+c2=1，下一级进位c3=0.10由波形可知:当输入a4=0，b4=1，前一级进位c3=0时，s4=a4+b4+c2=1。根据四幅图片可知：两个加数A（a4a3a2a1)=0001和B（b4b3b2b1）=1011，和S（s4s3s2s1)=1100进位C（c3c2c1c0)=0110.故S（s4s3s2s1)=A（a4a3a2a1)+B（b4b3b2b1）9.延时手工计算选择路劲是A3(B3)到S4，则按顺序依次经过一个2输入异或门，一个3输入与非门，一个反相器，一个4输入的或非门，一个反相器，一个反相器，一个2输入异或门。门的类型个数逻辑强度LE寄生参数P2输入异或门2223输入与非门15/33/24输入或非门19/33反相器311/211逻辑强度:LE=2*2*5/3*9/3*1*1*1=20电学强度:FO=Cout/Cin=5000分支强度:BE=4路径强度:PE=LE*FO*BE=400000级强度:SE=6.3归一化延迟:D=N*SE+P=7*6.3+(2*2+3/2+3+1/2*3)=54延迟:T=Tinv*D=7.5*54=405(ps)10.总结本次课程设计我选择了四位超前进位加法器。超前进位加法器不仅在数字IC中涉及到了，而且在ASIC也学到了。相比于其他加法器，超前进位加法器最大优点在于减少了进位等待延迟，大大提高了运算的速度，因此在其他的运算器中得到了广泛应用。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对网表有了更深入的了解，也熟练掌握了HSPICE软件操作。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如超前加法器如何实现超前进位的，平时看课本似懂非懂，通过动手实践让我对其结构映象深刻，原理更加明白了。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，但归根结底是理论知识不够扎实，缺乏足够的耐心和一丝不苟的态度。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。但更重要的是他充实了我的大学生活。忙碌、焦急、失落、兴奋、成功感，这就是我的课程设计的一周!11.参考书目［1］DavidA.Hodge,《AnalysisandDesignofDigitalIntegratedCircuitsinDeepSubmicronTechnology.ThridEdition》,清华大学出版社，2006年［2］阎石，《数字电子技术基础》，高等教育出版社，2006年［3］MichaelJohnSebastianSmith,《专用集成电路》，电子工业出版社，2004年