基于二叉樹的CVSL電路優化方法

摘要：CVSL，電路不同于互補CMOS邏輯那樣具有固定的構成規則，對于復雜邏輯，若不對電路進行優化，則電路速度、版圖面積、功耗等性能指標均會受到影響。因此用一種方法有規律的來完成CVSL，電路結構的設計顯得十分重要，傳統的卡諾圖化簡法步驟過多，結構不夠直觀，鐘對這一缺陷，提出了用二叉樹代替傳統的卡諾圖法的設計思路，從而使CVSL電路結構得到優化。分析結果表明，二叉樹優化法較卡諾圖法可使電路獲得了更加高效的設計結果。
關鍵詞：電路結構優化；二又樹優化法；CVSL電路；互補CMOS邏輯

0 引言
CVSL電路適合于整個系統或模塊的高速設計中。在單端式邏輯(Single-ended logic)和差動式邏輯間需要提供互補信號的反相器。對于復雜邏輯，由于兩個NMOS Tree有共同項，電路可進一步化簡，減少MOS管數量。傳統的方法是用卡諾圖法，但卡諾圖并不能顯示出電路的連接關系，若改用二叉樹算法，則可以很明了的反映出電路的連接關系。

1 CVSL電路的特點
互補靜態CMOS特點電路的特點是P管陣列的邏輯結構正好是N管陣列的對偶，若一陣列是串聯，則另一陣列必定是并聯。NMOS陣列是原量控制，PMOS陣列是非量控制，因而，N型陣列和P型陣列可以接同一個輸入信號。電路中PMOS管的數目與NMOS管的數目相同。如果輸入變量共有k個，則總共需要2k個晶體管，形成一種全互補電路。但管子數量多，版圖可能比較復雜。只有設計得當，版圖才會有規則。
雖然CMOS電路有許多優點，但一般認為其與偽NMOS相比有兩大缺點：
(1)CMOS電路的速度比偽NMOS低。任何一級CMOS倒相器至少有兩只管子，一只P管和一只N管，它們的柵極是連接在一起的，輸入電容加倍，前級的充放電就比較慢。
(2)CMOS電路所需的器件數多。一個邏輯電路需要設計兩套邏輯函數，分別傳送原函數和其補函數。因而，CMOS電路的邏輯冗余度較高。不僅浪費硅片面積，而且增加互聯任務，使性能降低。偽NMOS電路只采用一個P管作為上拉負載，以代替全互補標準CMOS電路中的P陣列邏輯。但增加了靜態功耗，提高了輸出低電平，降低了噪聲容限。為克服功耗提出電路的改進方案即CVSL電路，如圖1所示。

由于電路同時接收差動式的輸入(Differential Input)且提供差動式的輸出(Differential Outputs)，所以又稱為DCVSL(Differential Cascade Voltage SwitchLogic)電路。并且原量反量同時輸出。雖然比CMOS所用MOS管數量多，但提供互補輸出且由于電子遷移率高于空穴，相同面積下速度比CMOS高(是一種高速設計)。由于存在正反饋，完全消除了Pseudo-NMOS中的靜態電流，使輸出達到rail to rail(低功耗高噪聲容限)，進一步提高了翻轉速度。
該電路適合于整個系統或模塊都用DCVSL，的設計，在單端式邏輯(Single-ended Logic)和差動式邏輯間需要提供互補信號的反相器。對于復雜邏輯，由于兩個NMOS Tree有共同項，所以電路可進一步化筒，減少了MOS管數量。