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基于PPFAL的绝热乘法器漏功耗减小技术

基于PPFAL的绝热乘法器漏功耗减小技术
基于PPFAL的绝热乘法器漏功耗减小技术

基于P-PFAL 的绝热乘法器漏功耗减小技术

吴伟峰

(中国电子科技集团公司第五十二研究所,浙江杭州310012)

摘要:随着超大规模集成电路的不断发展和提高,功耗问题成了集成电路设计中不可忽略的因素。本课题通过对树形乘

法器和正反馈绝热逻辑(PFAL )电路工作原理的研究,提出一种四相功控基于PMOS 管的PFAL 绝热逻辑乘法器设计方案。在45nm 工艺下通过HSPICE 模拟仿真,仿真结果显示逻辑功能正确,并且这种乘法器与传统静态CMOS 乘法器相比,该设计节省电路的功耗92.9%。关键词:P-PFAL ;四相功控;树形乘法器中图分类号:TN402文献标识码:A 文章编号:1673-1131(2013)01-0059-02

1乘法器电路设计

乘法器电路采用Wallace 树型结构,该结构有效减少了各

级加法器之间的等待延迟[1]

。本课题设计的乘法器电路包括传统静态CMOS 乘法器,P 型PFAL 逻辑乘法器,带功控的P 型PFAL 逻辑乘法器三种不同逻辑乘法器。各个乘法器采用最小工艺设计。

1.1传统静态CMOS 乘法器

传统静态CMOS 乘法器电路是执行8×8位无符号数相

乘,即乘数X 和被乘数Y ,电路由64个静态CMOS 与门和27个静态CMOS 4:2压缩器构成。乘法器的结构图如图1所示,二进制乘法相当于逻辑与的功能。因此部分积乘积项的赋值被认为是乘数和相关乘数位的逻辑与。

在乘法器中,16位4:2压缩器用于第一阶段,另外11位压缩器用在第二阶段。最后乘法器的结果通过一个16位的超前进位加法器相加得到结果。在8×8位乘法器中,使用了两个阶段的4:2压缩器来减少8倍部分积的产生。

图2为部分积减少的示意图。图中X7至X0为乘数,Y7至Y0为被乘数。图中通过两级压缩,最后通过超前进位加法

器得到最终结果[2]

图18×8位乘法器结构图

1.2P 型PFAL 逻辑乘法器

在P 型PFAL 逻辑乘法器设计中,电路中的单元电路都是P 型PFAL 逻辑单元电路。该电路与上面分析的传统静态CMOS 乘法器电路相同,都是执行8×8位无符号数相乘,乘法器的结构示意图如图1所示。该电路中同样在第一阶段使用了16个4:2压缩器,在第二阶段使用11个4:2压缩器,最后

通过一个16位超前进位加法器来实现整个乘法器的功能。在整个乘法器电路中,通过设置四个时钟来控制各个子电路工作的时序问题。其中每个时钟相差1/4个周期。在P 型PFAL 逻辑乘法器电路工作时,

低电平有效。

图2使用4:2压缩器来减少部分积

1.3带功控的P 型PFAL 逻辑乘法器

带功控的P 型PFAL 逻辑乘法器电路的逻辑功能与P 型PFAL 逻辑乘法器电路所实现的逻辑功能的相同,即执行8×8位无符号数相乘,该电路采用图1所示的乘法器结构。

在带功控的P 型PFAL 逻辑乘法器的设计中,设计了使用功控开关来控制电路是否运行,功控开关的采用缓冲器级联方式设计见图3[3]。功控开关通过输入信号in ,inb 来控制时钟电源clk 的供给,pc1至pc7为乘法器电路工作的真正的时钟电源信号。其中缓冲器的单元电路图见图4,当输入信号in 为高电平时,P1管导通,P2管截止,outb 跟随clk 输出为低电平,所以out 输出为高电平。当输入信号in 为低电平时,P2管导通,P1管截止,out 跟随clk 输出。

功控开关通过缓冲器级联的方式设计,当输入信号in 为

高电平时,通过缓冲器有时钟电源输出,当输入信号为低电平时,缓冲器out 输出为低电平,无时钟电源输出,此时电路不工作。通过这种方式来设计功控开关,控制电路的工作状态,从

而达到减小电路的功耗。

图3缓冲器级联

2013年第1期(总第123期)

2013

(Sum.No123)

信息通信

INFORMATION &COMMUNICATIONS

压缩机功率对照表以及压缩机详细技术参数

各种型号压缩机功率对照表以及压缩机详细技术参数,此表可作为维修冰箱或空调等制冷设备、更换压缩机的技术依据。 ... 各种型号压缩机功率对照表以及压缩机详细技术参数,此表可作为维修冰箱或空调等制冷设备、更换压缩机的技术依据。 企业名称产品 规格 制冷剂 汽缸容积 (cm3) 名义功率 (HP) 制冷量 (W) 输入功率 (W) 效率 (W/W) 油的 粘度 电机 类型 湖北南光制冷设备有限公司QD56 R12 5.6 132 120 1.1 32 YUR QD63 R12 6.3 145 132 1.1 32 YUR QD72 R12 7.2 165 150 1.1 32 YUR QD80 R12 8.0 186 165 1.12 32 YUR QD88 R12 8.8 200 180 1.11 32 YUR QD96 R12 9.6 233 208 1.12 32 YUR QD110 R12 11 261 238 1.1 32 YUR QD58 R134a 5.8 132 120 1.1 32 YUR QD71 R134a 7.1 148 134 1.1 32 YUR QD78 R134a 7.8 162 145 1.11 32 YUR QD86 R134a 8.6 185 162 1.14 32 YUR Q-5 R22 5.6 750 315 2.38 32 YYR Q-6 R22 6.7 890 370 2.4 32 YYR Q-7 R22 7.1 1000 410 2.44 32 YYR Q-8 R22 8.6 1150 460 2.5 32 YYR 西安远东公司航空工业总公司QD24 R12 2.4 55 75 0.73 22 RSIR QD30 R12 3.0 75 95 0.78 22 RSIR QD45A R12 4.5 113 116 0.95 22 RSIR QD52A R12 5.2 132 139 0.95 22 RSIR QD57A R12 5.7 142 137 1.05 22 RSIR QD62A R12 6.2 154 154 0.95 32 RSIR QD62G A R12 6.2 154 134 1.07 32 RSCR QD75G R12 7.5 190 168 1.09 32 RSCR

4FPGA实验报告8位乘法器—徐艺萍

实验四8位乘法器实验 一、实验原理 8位乘法器,输入为两个8位信号,输出结果为16位。 module mult8(out, a, b); //8位乘法器源代码 parameter size=8; input[size-1:0] a,b; //两个操作数 output[2*size-1:0] out; //结果 assign out=a*b; //乘法运算符 endmodule 本实验采用Chipscope-Pro生成VIO/ICON核,并插入到8位乘法器设计中,在线进行观测和调试。 二、实验目的 1. 熟悉ISE9.1 开发环境,掌握工程的生成方法; 2. 熟悉SEED-XDTK XUPV2Pro 实验环境; 3. 了解Verilog HDL语言在FPGA 中的使用; 4. 通过掌握8位乘法器的Verilog HDL设计,了解数字电路的设计。 三、实验内容 1. 用Verilog HDL语言设计8位乘法器,进行功能仿真验证。 2. 使用chipscope-Pro 生成VIO/ICON 核,在线观测调试。 四、实验准备 1. 将USB 下载电缆与计算机及XUPV2Pro 板的J8 连接好; 2. 将RS232 串口线一端与计算机连接好,另一端与板卡的J11 相连接; 3. 启动计算机,当计算机启动后,将XUPV2Pro 板的电源开关SW11 打开到ON 上。观察XUPV2Pro 板上的+2.5V,+3.3V,+1.5V 的电源指示灯是否均亮。若有不亮的,请断开电源,检查电源。

五、实验步骤 ⑴创建工程及设计输入 ①在E:\project\目录下,新建名为mult8的新工程; 器件族类型(Device Family)选择“Virtex2P”, 器件型号(Device)选“XC2VP30 ff896 -7”, 综合工具(Synthesis Tool)选“XST (VHDL/Verilog)”, 仿真器(Simulator)选“ISE Simulator” ②设计输入并保存。 ⑵功能仿真 ①在sources窗口sources for中选择Behavioral Simulation。 ②由Test Bench WaveForm 添加激励源,如图1所示。仿真结果如图2所示。 图1 波形激励编辑窗口 图2 仿真结果 从图中可以验证由Verilog HDL语言设计的8位乘法器的工作是正确的,不论是输入a的值变化还是输入b的值变化,输出值随之变化,为a与b的乘积。 ⑶生成核并添加核 本次试验内容为8位乘法器,不需要使用ILA核。因此下面使用核生成法生成一个ICON核,一个VIO核就可以了。 ①首先对生成的工程进行综合。 ②生成核 ③添加核

低功耗的常系数乘法器的设计

一种低功耗的常系数乘法器的设计
李京 沈泊 专用集成电路与系统国家重点实验室(复旦大学) 摘要: 本文基于并行乘法器结构设计了一种新型的低功耗常系数乘法器。它采用了CSD (Canonical sign-digital)编码,Wallace Tree 乘法算法,结合采用了截断处理,变数校正的优 化技术,实现了一种适用于DCT/IDCT变换的常系数乘法器。该乘法器的输入字长为15bits (Q3格式) 输出字长为15bits Q3格式) 常系数字长为15bits Q14格式) 采用SMIC 0.18 um ( , ( 。 工艺进行综合,本设计的面积为13974 m2 ,并在100MHZ的时钟频率下功耗为0.69mw。通 过与其它算法实现的乘法器进行分析与比较, 说明了本设计在满足性能的同时, 实现了较小 的面积与较低的功耗。 关键词:低功耗 常系数乘法器 CSD编码 Wallace Tree 变数校正 DCT/IDCT变换
A Low Power Design of Constant Coefficient Multiplier
Li Jing Shen Bo State Key Laboratory of ASIC & System (Fudan University) Abstract: In this paper a low power constant coefficient multiplier using CSD (Canonical sign-digital) coding Wallace Tree addition algorithm is presented. To reduce the area and power consumption of the multiplier, truncation and variable correction are adopted. For quantitative analysis the performance, the multipliers are synthesized in SMIC 0.18 um Technology. The proposed design has a measured power dissipation of 0.69mw and area of 13974 m better than other constant coefficient multipliers. Keywords: Low Power, Constant Coefficient Multiplier, Canonical sign-digital, Wallace Tree, Variable Correction, DCT/IDCT
2
at 100 MHZ, which is
1
引言
常系数乘法器在很多实时信号处理场合有着 广 泛 的 应 用 , 例 如 在 DFT (Discrete Fourier Transforms), DCT (Discrete Cosine Transforms)等数 字信号处理电路中, 常系数乘法器是一个重要的功 能部件。 尽管速度是常系数乘法器一个主要的设计指 标, 但面积与功耗同样也是在设计中重要的考虑因
素。尤其是功耗,正日益成为高性能芯片的设计瓶 颈。因此,设计一个高速,低功耗,适合VLSI实 现的常系数乘法器具有重要意义。 现有的乘法器主要有两种结构,一种是以DA (Distributed Arithmetic)算法实现的乘法器,另一 种是以改进型BOOTH算法实现的乘法器。 以DA算法实现的乘法器将部分积预先存放在 ROM中,用ROM与累加器代替乘法器,从而降低 硬件的消耗。由于DA算法结构中数据的串行操作
1

实验三 8位乘法器的设计

实验三8位乘法器的设计 一、实验目的 1)了解8位乘法器的工作原理 2)熟悉MAX+plusII软件的基本使用方法 3)熟悉EDA实验开发的基本使用方法 4)学习VHDL程序中数据对象,数据类型,顺序语句,并行语句的综合使用 二、实验内容 设计一个由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器。其乘法原理是:乘法通过逐项位移相加原理来实现,以被乘数的最低位开始,若为1,则乘数左移后与上一次和相加,若为0,左移后以全零相加,直至被乘数的最高位。 三、实验条件 开发软件:MAX+plus II 9.23 Baseline 硬件设备:装有windows7的pc机 四、实验设计 1)系统的原理框架图

2)VHDL源程序 andarith.vhd源代码 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity andarith is port(abin:in std_logic; din:in std_logic_vector(7 downto 0); dout: out std_logic_vector(7 downto 0)); end entity andarith; architecture art of andarith is begin process(abin, din)is begin for i in 0 to 7 loop dout(i)<=din(i)and abin; end loop; end process; end architecture art; arictl.vhd源代码 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity arictl is port(clk:in std_logic; start: in std_logic; clkout:out std_logic; rstall: out std_logic; ariend: out std_logic); end entity arictl; architecture art of arictl is signal cnt4b:std_logic_vector(3 downto 0); begin rstall<=start; process(clk, start)is begin if start='1' then cnt4b<="0000"; elsif clk'event and clk='1'then if cnt4b<8 then cnt4b<=cnt4b+1; end if; end if;

四象限乘法器

四通道四象限模拟乘法器MLT04 四通道四象限模拟乘法器MLT04 1MLT04的结构功能和主要特点 在高频电子线路中,振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频等调制与解调的过程均可视为两个信号相乘的过程,而集成模拟乘法器正是实现两个模拟量 电压或电流 相乘的电子器件。采用集成模拟乘法器实现上述功能比用分立器件要简单得多,而且性能优越,因此集成模拟乘法器在无线通信、广播电视等方面应用较为广泛。在目前的乘法器中,单通道器件(如MOTOROLA的MC1496)无法实现多通道的复杂运算;二象限器件(如ADI公司的AD539)又会使负信号的应用受到限制。而ADI公司的MLT04则是一款完全四通道四象限电压输出模拟乘法器,这种完全乘法器克服了以上器件的诸多不足之处,适用于电压控制放大器、可变滤波器、多通道功率计算以及低频解调器等电路。非常适合于产生复杂的要求高的波形,尤其适用于高精度CRT显示系统的几何修正。其内部结构及引脚排列如图1所示。 MLT04是由互补双极性工艺制作而成,它包含有四个高精度四象限乘法单元。温度漂移小于0.005%/℃。0.3μV/Hz的点噪声电压使低失真的Y通道只有0.02%的总谐波失真噪声,四个8MHz通道的总静止功耗也仅为150mW。MLT04的工作温度范围为-40℃~+85℃。 MLT04的其它主要特性如下: ●四个独立输入通道; ●四象限乘法信号; ●电压输入电压输出; ●乘法运算无需外部元件; ●电压输出:W=(X×Y)/2.5V,其中X或Y上的线性度误差仅为0.2%; ●具有优良的温度稳定性:0.005%; ●模拟输入范围为±2.5V,采用±5V电压供电; ●低功耗 一般为150mW。

8位二进制乘法器

8位二进制乘EDA实验 法器 学号:02115024 [2013.12.15] 班级:021151 姓名:王浩楠 指导老师:徐少莹

一.设计要求 8位二进制乘法采用移位相加的方法。即用乘数的各位数码,从低位开始依次与被乘数相乘,每相乘一次得到的积称为部分积,将第一次(由乘数最低位与被乘数相乘)得到的部分积右移一位并与第二次得到的部分积相加,将加得的和右移一位再与第三次得到的部分积相加,再将相加的结果右移一位与第四次得到的部分积相加,直到所有的部分积都被加过一次。 例如:11010101和10010011相乘,计算过程如下: 二.设计方法 按照这种算法,可以得到下图所示之框图和简单流程图。按照这种算法,可以得到下图所示之框图和简单流程图。图中Y寄存器存放被乘数M,B寄存器存放乘数N,A累加器存放部分积。A和Y中的数据在加法器中相加后送入A 中,而A和B相级联又构成了一个16bit的移位寄存器,当它工作于移位模式时,可以实现数据的右移。由于乘数的每一位不是0就是1 ,对应的部分积不是0就是被乘数本身,所以实际作部分积相加这一步时,只要根据乘数的对应位判断:如该位为1 ,则将累加器中的数据加上被乘数再移位;如该位为0时,就不加被乘数而直接移位。运算时首先将累加器A清零,并将被乘数M和乘数N分别存入寄存器Y和B,然后依据寄存器B中最右一位B0(数据N0)确定第一个部分积。将此部分积送入A累加器以后,将A连同寄存器B右移一位,部分积的最低位被移进寄存器B的最左位,乘数的最低位N0被移出寄存器B,而乘数的次低位N1被移至寄存器B的B0位。第二次仍然依据B0位的数据(N1)来确定第二个部分积,将部分积与累加器中的数据相加后右移一位,N1又被移出寄存器,数据N2被移到B0位置。。。。。这样,经过8次部分积相加位的操作,完成1次乘法运算,乘数N恰好被移出寄存器B,寄存器B中保存的就是运算积的低8位数据。移位相加的次数应用一个计数器来控制,每移位一次,计数器计一个数。当计数器计得8个数时,发出一个信号,使电路停止操作,并输出运算结果。

霍尔电流传感器电源消耗电流计算方案

霍尔电流传感器电源消耗电流计算方案 霍尔电流传感器由于具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和无插入损耗等诸多优点,因而被广泛应用于变频器、逆变器、电源、电焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测的大电流、电压等各个领域中。霍尔传感器需用到直流电源供电才可正常工作,在做产品设计时需要考虑其功率消耗,本文基于传统的霍尔电流传感器,精确计算其电流消耗,并利用LTspice软件进行仿真,所推导的理论计算公式可为产品设计提供参考。 霍尔电流传感器工作原理 从工作原理上,霍尔电流传感器可以分为霍尔开环电流传感器和霍尔闭环电流传感器。 ●霍尔开环电流传感器 图1 霍尔开环电压传感器的工作原理 霍尔传感器的磁芯使用软磁材料,原边电流产生磁场通过磁芯聚磁,在磁芯切开一个均匀的切口,磁芯气隙处磁感应强度与原边电流成正比,霍尔元件两端感应到的霍尔电压的大小与原边电流及流过霍尔元件电流的乘积成正比,霍尔电压经过放大后作为传感器的输出。其输出关系式满足: VOUT=K*IP*IHall 其中K为固定的常数,其大小通常与磁芯的尺寸,材料性质,气隙开口的宽度,以及处理电路的放大倍数有关。 ●霍尔闭环电流传感器的工作原理: 闭环电流传感器在开环的基础上增加了反馈线圈,霍尔元件两端感应到的霍尔电流经过放大后控制后端的三极管电路产生补偿电流,补偿电路流过缠绕在磁芯上的线圈,产生的磁场与原边电流产生的磁场方向相反,当磁芯气隙处的磁场强度补偿为0时,传感器的输出满足IS=IP/KN,其中KN为补偿线圈的匝数。

图2 霍尔闭环电压传感器的工作原理 传感器的功耗计算 ●开环电流传感器的功耗计算 对于开环电流传感器,因为其输出信号为电压,所以其功耗相对较为稳定。通常霍尔电流传感器的电流设计为采用正负电源供电,其额定输出电压一般为几伏,一般不超过10伏。输出端对负载的要求一般为大于10KΩ,所以流过负载的电流一般小于1个mA。通常开环传感器的电流消耗小于15mA。电流消耗主要是霍尔元件消耗的电流,流入霍尔元件两端的电流通常要求小于20mA,LEM 的产品霍尔电流通常在10mA左右。另外在调压支路还有几mA的电流消耗。这样开环传感器的电流消耗可以维持在十几mA的水平内,通常说明书上标的都是不超过15mA。 ●闭环电流传感器的功耗计算 闭环传感器输出信号为电流,其功耗相对于开环传感器多很多,下面以LF 205-S为例来分析闭环电流传感器的电流消耗。 图3为LF 205-S的原理示意 图4为LF205-S原理图

乘法器

课程设计任务书 题目基于FPGA的6*6串行乘法器设计起讫日期 学生姓名专业班级通信工程 所在院系电气信息学院 指导教师职称 所在单位通信工程教研室

任务及要求: 1.设计内容和要求(包括设计内容、主要指标与技术参数) 设计内容:设计一个6*6串行乘法器 设计要求: (1)设计语言为Verilog,仿真软件为ISE自带仿真软件iSIM; (2)该设计不要求下载到硬件开发板上,只需给出仿真波形图,但要求能够从波形图 中看出实现了乘法运算 2.原始依据 本设计要求学生应用Xilinx FPGA设计一个6*6串行乘法器,通过设计能够让学生进一步掌握FPGA的基本开发流程,同时提高时序设计能力,学生已学习过EDA课程,掌握硬件描述语言基本知识,通过本次设计可进一步提高学生的动手能力,加强理论联系实际的能力。 3.进度计划 3.4-3.8 查阅相关资料,掌握FPGA基本知识。 3.11-3.15 应用Verilog语言进行程序开发,设计调试。 3.18-3.22 调试验收,撰写专业课程实践训练报告。 4.参考文献 [1] 夏宇闻. Verilog数字系统设计教程[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2008. [2] Snair Palnitkar(美). VerilogHDL数字设计与综合. 夏宇闻等译.(第二版)[M]. 北京:电子工业出版社,2009. [3] Xilinx. UG230 [Z/OL]. https://www.sodocs.net/doc/158122904.html, 指导教师签字: 教研室主任签字:

目录 摘要: (4) 关键词 (4) 一:FPGA (4) 1.1名称 (4) 1.2背景 (4) 1.3工作原理 (4) 1.4芯片结构 (5) 二:Verilog HDL (5) 2.1verilog hdl名称 (5) 2.2verilog hdl用途 (5) 2.3 Ve r i l o g硬件描述语言的主要能力 (6) 三:Spartan3E (7) 四:乘法器 (8) 4.1什么是乘法器 (8) 4.2实现乘法器的方法 (8) 4.3 6*6串行乘法器的设计思路 (9) 4.4 6*6乘法器程序代码 (9) 4.5 6*6乘法器设计仿真图 (11) 4.6结果分析 (12) 四:总结 (12) 参考文献 (12)

如何根据压缩机的制冷量计算冷凝器及蒸发器的面积

如何根据压缩机的制冷量配冷凝器散热面积? 帖子创建时间: 2013年03月04日08:34评论:1浏览:2520投稿 1)风冷凝器换热面积计算方法 制冷量+压缩机电机功率/200~250=冷凝器换热面例如:(3SS1-1500压缩机)CT=40℃:CE=-25℃压缩机制冷量=12527W+压缩机电机功率11250W=23777/230=风冷凝器换热面积103m2 2)水冷凝器换热面积与风冷凝器比例=概算1比18(103 /18)=6m2 蒸发器的面积根据压缩机制冷量(蒸发温度℃×Δt相对湿度的休正系数查表)。 3)制冷量的计算方法:=温差×重量/时间×比热×设备维护机构 例如:有一个速冻库 1)库温-35℃ 2)速冻量1T/H 3)时间2/H内 4)速冻物质(鲜鱼) 5)环境温度27℃ 6)设备维护机构保温板计算:62℃×1000/2/H×0.82×1.23=31266 kcal/n 可以查压缩机蒸发温度CT =40 CE-40℃制冷量=31266 kcal/n 冷凝器换热面积大于蒸发器换热面积有什么缺点 如果通过加大冷凝风扇的风量可以吗 rainbowyincai |浏览1306 次 发布于2015-06-07 10:19 最佳答案 冷凝器换热面积大于蒸发器换热面积的缺点: 1、高压压力过低;

2、压机走湿行程,易液击,通过加大蒸发器风扇的风量。风冷

冷凝器和蒸发器换热面积计算方法: 1、风冷凝器换热面积计算方法:制冷量+压缩机电机功率/200~250=冷凝器换热面积 例如:(3SS1-1500压缩机)CT=40℃:CE=-25℃压缩机制冷量=12527 W+压缩机电机功率11250W=23777/230=风冷凝器换热面积103m2。 2、水冷凝器换热面积与风冷凝器比例=概算1比18(103 /18)=6m2,蒸发器的面积根据压缩机制冷量(蒸发温度℃×Δt相对湿度的休正系数查表)。 (注:文档可能无法思考全面,请浏览后下载,供参考。可复制、编制,期待你的好评与关注)

EDA实习之8位乘法器设计

学号:10446234 常州大学 EDA 技术 课程设计报告 题目:移位相加8位硬件乘法器设计 学生:朱京 学院(系):信息科学与工程学院专业班级:电子102 指导教师:李文杰

一、设计题目移位相加8位硬件乘法器设计 二、设计背景 纯组合逻辑构成的乘法器虽然工作速度比较快,但过于占用硬件资源,难以实现宽位乘法器。基于PLD器件外接ROM九九表的乘法器则无法构成单片系统,也不实用。由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器,具有一定的实用价值。其乘法通过逐项移位相加来实现,从被乘数最低位开始,若为1,则乘数左移后与上次的和相加,若为0,左移后与全0相加,直至被乘数的最高位。 三、设计内容及要求 设计内容: 设计移位相加8位硬件乘法器,完成8位被乘数A[7..0]和8位乘数B[7..0]的乘法运算,得到16位的乘法运算输出DOUT[15..0]。 (1)设计8位移位寄存器SREG8B,当被乘数加载于SREG8B后,随时钟节拍,最低位在前,由低位至高位逐位移出。 (2)设计与门,根据移位寄存器输出是否为1,决定输入加法器的是8位乘数还是全零。 (3)设计8位加法器,将8位乘数或全零与16位锁存器的高8位进行相加。 (4)设计16位锁存器REG16B,在时钟到来时,锁存来自加法器的输出至高8位,并右移低8位。 要求: 1)根据系统设计要求,采用自顶向下的方法,划分系统主要模块,画出整体设计原理框图。 2)根据工作原理、用硬件描述语言对设计内容实现,列出设计程序清单,给出仿真波形图和调试中存在问题及解决方法。 3)设计内容下载至目标芯片,在EDA的GW48型实验箱进行功能验证。 4)谈谈该课题的课程设计中遇到的问题,获得哪些技能和体会,以及建设性意见。 四、设计步骤和安排: (1)题目安排;图书馆查相关资料; (2)设计原理研究,总体设计; (3)各主要模块的VHDL设计。各模块的设计仿真分析。 (4) 完成系统顶层文件设计,系统总体功能的仿真分析。 (5) 将设计内容进行硬件配置,在GW48实验箱上进行调试。 (6) 撰写课程设计报告、答辩并提交报告。

模拟乘法器AD834的原理与应用

模拟乘法器AD834的原理与应用 1.AD834的主要特性 AD834是美国ADI公司推出的宽频带、四象限、高性能乘法器,其主要特性如下: ●带符号差分输入方式,输出按四象限乘法结果表示;输出端为集电极开路差分电流结构,可以保证宽频率响应特性;当两输入X=Y=±1V时,输出电流为±4mA; ●频率响应范围为DC~500MHz; ●乘方计算误差小于0.5%; ●工作稳定,受温度、电源电压波动的影响小; ●低失真,在输入为0dB时,失真小于0.05%; ●低功耗,在±5V供电条件下,功耗为280mW; ●对直通信号的衰减大于65dB; ●采用8脚DIP和SOIC封装形式。 2.AD834的工作原理 AD834的引脚排列如图1所示。它有三个差分信号端口:电压输入端口X=X1-X2和Y=Y1-Y2,电流输出端口W=W1-W2;W1、W2的静态电流均为8.5mA。在芯片内部,输入电压先转换为差分电流(V-I转换电阻约为280Ω),目的是降低噪声和漂移;然而,输入电压较低时将导致V-I转换线性度变差,为此芯片内含失真校正电路,以改善小信号V-I转换时的线性特性。电流放大器用于对乘法运算电路输出的电流进行放大,然后以差分电流形式输出。 AD834的传递函数为: W=4XY (X、Y的单位为伏特,W的单位为mA) 3.应用考虑 3.1 输入端连接

尽管AD834的输入电阻较高(20kΩ),但输入端仍有45μA的偏置电流。当输入采用单端方式时,假如信号源的内阻为50Ω,就会在输入端产生1.125mV的失调电压。为消除该失调电压,可在另一输入端到地之间接一个与信号源内阻等值的电阻,或加一个大小、极性可调的直流电压,以使差分输入端的静态电压相等;此外,在单端输入方式下,最好使用远离输出端的X2、Y1作为输入端,以减小输入直接耦合到输出的直通分量。 应当注意的是,当输入差分电压超过AD834的限幅电平(±1.3V)时,系统将会出现较大的失真。 3.2 输出端连接 采用差分输出,可有效地抑制输入直接耦合到输出的直通分量。差分输出端的耦合方式,可用RC耦合到下一级运算放大器,进而转换为单端输出,也可用初级带中心抽头的变压器将差分信号转换为单端输出。 3.3 电源的连接 AD834的电源电压允许范围为±4V~±9V,一般采用±5V。要求VW1和VW2的静态电压略高于引脚+VS上的电压,也就是+VS引脚上的电去耦电阻RS应大于W1和W2上的集电极负载电阻RW1、RW2。例如,RS为62Ω,RW1和RW2可选为49.9Ω,而+V=4.4V,VW1=VW2=4.6V,乘法器的满量程输出为±400mV。 引脚-VS到负电源之间应串接一个小电阻,以消除引脚电感以及去耦电容可能产生的寄生振荡;较大的电阻对抑制寄生振荡有利,但也会使VW1和VW2的静态工作电压降低;该电阻也可用高频电感来代替。 4.应用实例 AD834主要用于高频信号的运算与处理,如宽带调制、功率测量、真有效值测量、倍频等。在某航空通信设备扩频终端机(如图2所示)的研制中,笔者应用AD834设计了扩频信号调制器和扩频信号接收AGC电路。

各种乘法器比较

各种乘法器比较 韦其敏08321050 引言:乘法器频繁地使用在数字信号处理和数字通信的各种算法中,并往往影响着整个系统的运行速度。如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度和资源效率。本位用如下算法实现乘法运算:并行运算、移位相加、查找表、加法树。并行运算是纯组合逻辑实现乘法器,完全由逻辑门实现;移位相加乘法器将乘法变为加法,通过逐步移位相加实现;查找表乘法器将乘积结果存储于存储器中,将操作数作为地址访问存储器,得到的输出数据就是乘法运算结果;加法树乘法器结合移位相加乘法器和查找表乘法器的优点,增加了芯片耗用,提高运算速度。 注:笔者使用综合软件为Quartus II 9.1,选用器件为EP2C70,选用ModelSim SE 6.1b进行仿真,对于其他的软硬件环境,需视具体情况做对应修改。 汇总的比较: 详细实现过程: 1.并行乘法器 源代码: module Mult1(outcome,a,b); parameter MSB=8; input [MSB:1] a,b; output [2*MSB:1] outcome; assign outcome=a*b; endmodule

资源耗用情况: ModelSim测试激励文件源代码:`timescale 10ns/1ns module Mult1_test(); reg [8:1] a,b; wire [16:1] outcome; Mult1 u1(outcome,a,b); parameter delay=2; initial begin a=1; b=0; end initial forever begin #delay a=a+1; b=b+1; if(outcome>=16'h0FFF) $stop;

八位乘法器VHDL及功能模块说明

EDA课程设计报告 实验名称:八位乘法器

目录 一.引言 1.1 EDA技术的概念?? 1.2 EDA技术的特点?? 1.3 EDA设计流程?? 1.4 VHDL介绍?? 二.八位乘法器的设计要求与设计思路??2.1 设计目的?? 2.2 设计要求?? 三.八位乘法器的综合设计?? 3.1 八位乘法器功能?? 3.2 八位乘法器设计方案?? 3.3 八位乘法器实体设计?? 3.4 八位乘法器VHDL设计?? 3. 5八位乘法器仿真图形?? 心得体会?? 参考文献??

一、引言 1.1 EDA技术的概念 EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言HDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。 1.2 EDA技术的特点 利用EDA技术进行电子系统的设计,具有以下几个特点:①用软件的方式设计硬件;②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的;③设计过程中可用有关软件进行各种仿真;④系统可现场编程,在线升级;⑤整个系统可集成在一个芯片上,体积小、功耗低、可靠性高。因此,EDA技术是现代电子设计的发展趋势。 1.3 EDA设计流程 典型的EDA设计流程如下: 1、文本/原理图编辑与修改。首先利用EDA工具的文本或图形编辑器将设计者的设计意图用文本或图形方式表达出来。 2、编译。完成设计描述后即可通过编译器进行排错编译,变成特定的文本格式,为下一步的综合做准备。 3、综合。将软件设计与硬件的可实现性挂钩,是将软件转化为硬件电路的关键步骤。 4、行为仿真和功能仿真。利用产生的网表文件进行功能仿真,以便了解设计描述与设计意图的一致性。 5、适配。利用FPGA/CPLD布局布线适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作,其中包括底层器件配臵、逻辑分割、逻辑优化、布局布线。适配报告指明了芯片内资源的分配与利用、引脚锁定、设计的布尔方程描述情况。

超低功耗系统设计

超低功耗系统设计 学院: 学号: 姓名:

基于MSP430单片机的开关稳压电源设计 MSP430系列单片机是美国TI公司生产的新一代16位单片机,是一种超低功耗的混合信号处理器(MixedSignal Processor),它具有低电压、超低功耗、强大的处理能力、系统工作稳定、丰富的片内外设、方便开发等优点,具有很高的性价比,在工程控制等领域有着极其广泛的应用范围。开关Boost稳压电源利用开关器件控制、无源磁性元件及电容元件的能量存储特性,从输入电压源获取分离的能量,暂时把能量以磁场的形式存储在电感器中,或以电场的形式存储在电容器中,然后将能量转换到负载。对DC—DC主回路采用Boost升压斩波电路。 2 系统结构和总设计方案 本开关稳压电源是以MSP430F449为主控制器件,它是TI公司生产的16位超低功耗特性的功能强大的单片机,其低功耗的优点有利于系统效率高的要求,且其ADCl2是高精度的12位A/D转换模块,有高速、通用的特点。这里使用MSP430完成电压反馈的PI调节;PWM波产生,基准电压设定;电压电流显示;过电流保护等。 系统框图如图1所示。 3 硬件电路设计 3.1 DC/DC转换电路设计 系统主硬件电路由电源部分、整流滤波电路、DC/DC转换电路、驱动电

路、MSP430单片机等部分组成。交流输入电压经整流滤波电路后经过DC/DC变换器,采用Boost升压斩波电路DC/DC变换,如图2所示: 根据升压斩波电路的工作原理一个周期内电感L积蓄的能量与释放的能量相等,即: 式(1)中I1为输出电流,电感储能的大小通过的电流与电感值有关。在实际电路中电感的参数则与选取开关频率与输入/输出电压要求,根据实际电路的要求选用合适的电感值,且要注意其内阻不应过大,以免其损耗过大减小效率采样电路。对于电容的计算,在指定纹波电压限制下,它的大小的选取主要依据式(2): 式(2)中:C为电容的值;D1为占空比;TS为MOSFET的开关周期;I0为负载电流;V’为输出电压纹波。 3.2 采样电路 采样电路为电压采集与电流采集电路,采样电路如图3所示。其中P6.O,P6.1为MSP430芯片的采样通道,P6.O为电压采集,P6.1为电流采集。 电压采集因为采样信号要输入单片机MSP430内部,其内部采样基准电压选为2.5 V,因此要将输入的采样电压限制在2.5 V之下,考虑安全裕量则将输入电压限制在2 V以下,当输入电压为36 V时,采样电压为:12/ (12+200)×36=2.04 V,符合要求。 电流采集采用康铜丝进行采集。首先考虑效率问题,康铜丝不能选择过大,同时MSP430基准电压为2.5 V,且所需康铜丝需自制。考虑以上方面在康铜丝阻值选取上约为O.1Ω。 3.3 PWM驱动电路的设计 电力MOSFET驱动功率小,采用三极管驱动即可满足要求,驱动电路如图

乘法器课程设计

摘要:基于VHDL的数字系统设计具有设计技术齐全、方法灵活、支持广泛等优点,同时也是EDA技术的重要组成部分.文章用VHDL语言设计了左移法和进位节省法实现的两种组合乘法器,通过功能仿真,对两种乘法器的性能进行了比较,从而得知后者的传输延迟时间小,即速度较快.通过设计实例,介绍了利用VHDL语言进行数字系统设计的方法. 关键词:VHDL语言左移法进位节省法 Abstract:Digital system design based on VHDL has complete design techniques, methods, the advantages of flexible and wide support, at the same time also is the important component of the EDA technology. The article using VHDL language to design the left shift method and carry save method to realize the combination of two kinds of multiplier, through the function simulation, compares the performance of the two kinds of multiplier, which the latter's small transmission delay time, namely fast. Through the design example, introduced the method of using VHDL language to design digital system. Keywords:VHDL language ,left shift method ,carry save method

制冷压缩机的基本性能参数计算

制冷压缩机的基本性能参数计算 一、实际输气量(简称输气量) 在一定工况下, 单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工矿下的压缩机质量输气量,单位为。若按吸气状态的容积计算,则其容积输气量为,单位为。于是 二、容积效率? 压缩机的容积效率是实际输气量与理论输气量之比值 (4-2) 它是用以衡量容积型压缩机的气缸工作容积的有效利用程度。 三、制冷量 制冷压缩机是作为制冷机中一重要组成部分而与系统中其它部件,如热交换器,节流装置等配合工作而获得制冷的效果。因此,它的工作能力有必要直观地用单位时间内所产生的冷量——制冷量来表示,单位为,它是制冷压缩机的重要性能指标之一。 (4-3) 式中-制冷剂在给定制冷工况下的单位质量制冷量,单位为; -制冷剂在给定制冷工况下的单位容积制冷量,单位为。 为了便于比较和选用,有必要根据其不用的使用条件规定统一的工况来表示压缩机的制冷量,表4-1列出了我国有关国家标准所规定的不同形式的单级小型往复式制冷压缩机的名义工况及其工作温度。根据标准规定,吸气工质过热所吸收的热量也应包括在压缩机的制冷量内。 表4-1 小型往复式制冷压缩机的名义工况

四、排热量 排热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和,它是通过系统中的冷凝器排出的。这个参数对于热泵系统中的压缩机来讲是一个十分重要的性能指标;在设计制冷系统的冷凝器时也是必须知道的。 图4-1 实际制冷循环 从图4-1a所示的实际制冷循环或热泵循环图可见,压缩机在一定工况下的 排热量为: 从图4-1b的压缩机的能量平衡关系图上不难发现 上两式中 -压缩机进口处的工质比焓; -压缩机出口处的工质比焓; -压缩机的输入功率;

8位乘法器实验报告

6.2 8位乘法器的设计 1.实验目的 (1)熟悉isEXPERT/MAX+plusisEXPERT/MAX+plus II/Foudation Series 软件的基本使用方法。 (2)熟悉GW48-CK EDA实验开发系统的基本使用方法。 (3)学习VHDL基本逻辑电路的综合设计。 2.实验内容 设计并调试好由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器。此乘法器通过判断被乘数的位值为1还是零,并通过乘数的左移与上一次和相加的方法,实现了8位乘法的运算,并用GW48-CK EDA实验开发系统进行硬件验证。 3.实验条件 (1)开发设备:Lattice ispEXPERT。 (2)实验设备:GW48-CK EDA实验开发系统。 (3)拟用芯片:ispLSI1032E PLCC-84或EPF10K10LC84-3或XCS05/XL PLCC84以及运算控制电路和外部时钟。 4.实验设计 1)系统的原理框图

2)VHDL源程序 (1)选通与门模块的源程序ANDARITH.VHD LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY ANDARITH IS PORT(ABIN: IN STD_LOGIC; DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_vector(7 DOWNTO 0)); END ENTITY ANDARITH; ARCHITECTURE ART OF ANDARITH IS BEGIN PROCESS(ABIN,DIN)IS BEGIN FOR I IN 0 TO 7 LOOP DOUT(I)<=DIN(I)AND ABIN; END LOOP; END PROCESS; END ARCHITECTURE ART; (2)16位锁存器的源程序REG16B.VHD LIBRARY IEEE;

乘法器的设计

物理与电子工程学院集成电路设计课程论文题目:乘法器的研究 学生姓名:XXX 指导教师:XXX 201X年XX月XX日

乘法器 摘要:乘法器,其基础就是加法器结构,它已经是现代计算机中必不可少的一部分。 乘法器的模型就是基于“移位和相加”的算法。本文讨论基本的阵列乘法器,以及产生部分 积和最终求和。 关键词:全加器,半加器,阵列。 引言: 乘法运算非常耗费硬件面积并且速度很慢,许多计算问题解决的快慢受乘法器电 路工作速度的约束,因此在现代高级的数字信号处理器和微处理器中都集成了硬件乘法单 元。并且乘法器在当今数字信号处理以及其他诸多应用领域中起着十分重要的作用。随着科 学技术的发展,许多研究人员已经开始试图设计一类拥有更高速率和低功耗,布局规律占用 面积小,集成度高的乘法器。这样,就能让它们更加适用于高速率,低功耗的大规模集成电 路的应用当中。通常的乘法计算方法是添加和位移的算法。在并行乘法器当中,相加的部分乘积的数量是主要的参数。它决定了乘法器的性能。为了减少相加的部分乘积的数量,修正 的Booth 算法是最常用的一类算法。但是,随着并行化的增多,大量的部分乘积和中间求和 的增加,会导致运行速度的下降。不规则的结构会增加硅板的面积,并且由于路由复杂而导 致中间连接过程的增多继而导致功耗的增大。另一方面串并行乘法器牺牲了运行速度来获得 更好的性能和功耗。因此,选择一款并行或串行乘法器实际上取决于它的应用性质。 主体 1.1.1二进制乘法定义 考虑两个无符号二进制数X 和Y ,X 为M 位宽,Y 为N 位宽,将它们用下列二进制数形 式表达 i 1 -M 0i i 2X X ∑== (1.1) j 1 -N 0j j 2Y Y ∑== (1.2) 其中i X 和j Y 为0或者1,那么X 和Y 的乘法运算定义如下 Z=X ×Y= k 1 -N M 0k k 2Z ∑+= =(i M i i X 210∑-=)(j 1-N 0j j 2Y ∑=)=∑∑=-=+???? ??1-M 0i 10j 2N j i j i Y X (1.3) 我们先来看一下手工是如何进行二进制乘法运算的。如图1-1所示,被乘数与乘数的第一个 位相乘(实际为“与”操作)产生积,并且根据乘数相应位的位置对部分积进行左移(例如, 被乘数与乘数的第0位相乘,则不移位;与第一位相乘,部分积左移1位,以此类推),最 终将所有的部分积相加得到乘法运算的结果。M 位被乘数与N 位乘数相乘得到的乘积是 M+N 位的。 1.1.2部分积生成

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