低功耗高可靠CMOS數(shù)字電路反饋鏈的技術研究.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，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電路，旨在利用通信知識為電路分析設計提供理論基礎。
　　以信息論分析指導電路，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，電路功率等結合，從而達到分析電路的目的。基于此思想，本論文從基本門電路、新型低功耗高可靠 MRF（Markov Random Field，馬爾可夫隨機場論）電路、新型高可靠概率計算方法三個方面出發(fā)，旨在通過概率模型的建立，基于信息論觀點給出基本門電路的互信息隨正確概率的變化趨勢，給出新型電路的理論優(yōu)勢，以及概率計算模塊電路計算長度等理論下界的分析。
　　由于信息論中常用互信息來表征通信系統(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，因此有必要跳出具體電路，對抽象電路進行建模，分析其互信息以及容錯特性。基于此思想，本論文通過將電路劃分為對稱信道以及非對稱信道兩類，分別給出了其互信息關于其正確概率以及非對稱因子的變化趨勢，為之后電路設計提供理論基礎；并且由于反饋結構通信具有容錯特性，因此我們還分析了反饋電路對互信息的影響，證明出通過反饋可以增加其電路的正確概率以及降低其非對稱因子，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、利用信息論觀點分析電路的供電電壓、功耗、能量等分析流程。
　　低功耗技術是當前研究熱點，尤其對于手持移動設備重要性更為突出，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，互補金屬氧化物半導體）電路在低電壓條件下已無法正常工作，而基于能量觀點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，以MRF非門，與非門為例，通過概率模塊的建立，基于信息論的觀點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，并且進一步證明出其本質原因在于概率的不對稱性，給出了MRF電路在低電壓下高容錯的理論依據(jù)。
　　新型概率計算方法由于其器件面積小，運算速度快以及反饋速度快的特點而備受關注，基于此，本論文考慮基于信息論對概率計