四位串行进位加法器设计

集成电路CAD课程设计报告

四位串行加法器设计

1串行进位加法器简介

1.1加法器实现多为二进制数相加的电路，称为加法器。根据进位方式不同，有串行进位加法器和超前进位加法器之分。采用串行进位方式，优点是电路简单，连接方便；缺点是运算速度不高。

原理：把四个全加器（例如两片74LS183）依次级联起来，便可构成四位串行进位加法器。因此四位串行进位加法器的设计可以分以下两步进行：（1）全加器设计；（2）将全加器级联，构成四位串行进位加法器

（a）（b）

图（1）四位串行加法器7483

1.2 图2为四位串行加法器7483逻辑图

图（2）四位串行加法器

2 四位串行进位加法器的设计实现：

2.1 输出级电路设计

与TTL电路兼容驱动10个TTL

①输出高电平时｜IoH｜<=20ｕＡV oHmin=4.4V

②输出低点平时｜IoH｜<=20mＡV oHmax=0.4V

③输出级充放电时间tr=tf

计算电路如图3所示

①以15个PF的电容负载代替10个TTL电路来计算tr、tf

②输入V为的前一级的输出被认为是理想的输出，即：

ViL=Vss,ViH=Vdd

③计算电流时，负载为电流负载，有拉电流的灌电流。

图3

（1）CMOS N 管（W/L ）N 的计算：

当输入为高电平时（Vi=Vdd ）,N 管导通后级TTL 电路有较大的灌电流输入，此时（表示成对称形式）

使方括号中的值和栅电容Cox 及电子迁移率un 为最小值:

o u t

00f f

[]

200200)()(2V V V V V V C L W I tn i s tn ox

N n

dsn -----⎪

⎭⎫ ⎝⎛=μm ax

0m in 2

ox SiO

ox t C εε=

2

30m ax

0m in

-

⎪⎪⎭

⎫

⎝

⎛=T

T n n μμ

(2) CMOS P 管（W/P ）p 的计算

｜IoH ｜<=20ｕＡ时有 V oHmin=4.4V tr=tf

① 以Ioh<=20ｕＡ时V oHmin=4.4V 的条件计算

最坏的情况下

Vdd=4.5V ,V ohmin=4.4v,Vtp=0.8V ,

经计算可得

∆∆===⎪

⎭⎫

⎝⎛233034956.164m in

n L W []

202)()(2

oh tp i dd tp i ox

p p oh

V V V V V V C L W I -----⎪⎭⎫ ⎝⎛=μm ax

0m in 2

ox SiO

ox t C εε=

2

30m ax 0m in

-

⎪

⎪⎭

⎫

⎝⎛=T T n p μμ∆∆===⎪⎭⎫

⎝⎛21532227.7p

L W

②tr=tp 的条件计算：CMOS 中

αp=αn

所以

2.2 输入级设计

dd

tp p V V =

αdd

tn n V V =

αdd

p L p V k C =

τ()⎥⎥⎥⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+--=p n n n n f arth t αααατ111.011)1.0(2

p p

n n p

n n p f r L

W L W k k t t μμττ

⎪⎭⎫

⎝⎛⎪⎭⎫

⎝⎛===⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆===⎪

⎭⎫

⎝⎛233034956.164min

n L W ∆∆==⎪⎭⎫

⎝⎛275931138min

n L W ∆∆===⎪

⎭⎫

⎝⎛233034956.164min

n L W

输入电平Vih 可能为2.4V

（1）拉管P2

为了节省面积，同时又能使Vih 较快上升，取

图4

(2)CMOS 反向器的P1管

此P1管应取内部基本反向器的尺寸

（3）CMOS 反相器的N 管

TTL 的输出电平在0.4-2.4之间 V1*=ViLmax+Vihmin=1.4V

∆∆===⎪

⎭⎫

⎝⎛223312

p L W

∆∆==⎪

⎭⎫ ⎝⎛231.546内p L W

式中βk=kn/kp,Vdd=5V ,Vtn=0.7V ,Vi*=1.4V , βk=17.16

2.3 内部基本反相器中各MOS 管尺寸的计算

内部反相器的负载电容： ①本级漏极的PN 结电容Cpn ②下级的栅电容Cc1 ③连线杂散电容Cs Cpn+Cc1=10Cs

Cs :铝线宽5um,长100um ，在场区上面，此铝线的电容为

1

K k V V k V p n TP DD p *I

+++=

+++=R TP DD TN R TN N V V V V k ββ）（

∆∆=⎪⎭⎫

⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛2230W n

p R pl nl L L W μμβ∆∆==⎪⎭⎫

⎝⎛22303345nl

L W ∆∆==⎪

⎭⎫

⎝⎛231.546pl

L W ∆∆===⎪

⎭⎫

⎝⎛223312

p L W