16位加法器设计报告

Brent Kung树结构的16位加法器的设计仿真及优化1．利用Hspice软件设计具体电路结构

1.1 Brent Kung树结构加法器设计简介

Brent Kung树结构加法器是一种超前进位加法器，即进位提前被计算出来，送给加和电路，减小了进位顺序传递的延时，实现此加法器减小了设计的复杂度。提高了设计的效率。具体电路实现需要4个模块电路设计。数据A和B通过缓冲器输入进来，然后经过进位生成和进位产生电路模块生成P和G信号。P与G信号经过点操作模块生成相应的进位值，最后加和生成SUM。电路结构采用动态逻辑结构，逻辑结构由NMOS下拉网络实现，构成PDN的过程和静态CMOS完全一样，晶体管的数目明显少于静态情况。动态逻辑同时具有较快的开关速度。动态逻辑同时在功耗方面有明显的优势。

1.2 Brent Kung树结构加法器电路设计

进位生成和进位传播模块均采用动态逻辑进行设计，具体实现公式为Pi=ai+bi，Gi=ai&bi；具体电路实现如下：

图1 进位传播和进位产生信号的动态实现

图中的反相器为对称的，p生成电路的逻辑努力为2/3，g生成电路的逻辑努力为1。

点计算模块具体生成对应的进位传播和进位产生Gi j和Pi j；其对应的具体公式为：Gi j=Gi k+Pi k*Gk-1 j。采用动态逻辑减小复杂度具体电路结构如下：

图2点模块电路产生信号的动态实现

求和电路利用多米诺实现求和即利用选择电路实现电路结构，在此电路中求和的两种条件计算为：Si0为ai与bi的同或，Si1为ai与bi的异或，具体电路结构如下：

图5动态逻辑实现和选择电路

电路中利用两个时钟，由clk产生clkd是由下面的电路实现的，传输门总是导通，时钟路径的延时可以通过这些器件的尺寸来调整。因为延时必须有一个严格的界限，即第二个门的所有输入必须在clkd的上升沿之前完成翻转，因此可能需要使clk进过多个以下的延时电路才能满足时序要求。时钟延时利用反向器的缓冲器和传输门来实现。

正向二进制树结构不足以产生全部的进位位，因此Brent Kung树结构采用了一个反二进制树来实现其它的进位位，这一结构组合中间的结果以产生其余的进位位，Brent Kung树结构可以产生所有进位位的表达式。，采用Brent Kung树的结构可以实现正确的16位加法器。具体树结构如下所示：

图4 16位Brent-Kung树结构