[发明专利]一种高速低功耗的近似4-2压缩器

说明书

一种高速低功耗的近似4‑2压缩器，属于集成电路技术领域。本发明提出的近似4‑2压缩器，取消了精确4‑2压缩器的Cout信号和Cin信号，减短了4‑2压缩器的关键路径和延迟时间，提高了运算速度；在传统精确4‑2压缩器的基础上进行了逻辑近似，得到了近似逻辑表达式并给出了该近似逻辑表达式的一种电路实现形式，对该近似表达式进行等价变化得到了一种更加简化的电路结构。本发明通过优化电路结构减少了使用的晶体管，与传统精确4‑2压缩器相比具有更低的硬件复杂度，从而具有更低的延迟和功耗；适用于要求低延迟、低功耗、且可以容忍一定误差的运算场景。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种高速低功耗的近似4-2压缩器。

背景技术

在集成电路领域，对于低功耗设计一直是一个非常严峻的挑战，研究者们从工艺、器件和电路等多个方面来降低电路的功耗。尤其随着便携式设备和物联网的兴起，更低的功耗就意味着设备可以在有限的能量下有效运转更长的时间。于是，近似计算逻辑作为一种通过牺牲一定计算精度，可以大幅降低电路复杂度和电路功耗的设计方法开始逐渐被人们采用，这种方法需要系统具有容错性，常见的应用场合包括数字信号处理、多媒体、模糊逻辑、神经网络、数据挖掘等。

乘法器一直是许多应用的基本运算单元，对应用电路的延迟、功耗、面积等有很大的影响。目前较常见的树型乘法器先通过与门阵列或布斯编码的部分积产生模块产生部分积；再使用半加器、全加器、4-2压缩器等压缩单元构成树形部分积压缩模块，把部分积产生模块的输出压缩成两行部分积。其中，树形部分积压缩模块往往占据着乘法器中最大的面积、最长的延迟和最多的功耗；同时，4-2压缩器相比全加器和半加器有更高的压缩效率，在快速乘法器的树形压缩部分被广泛使用。因为树形部分积压缩模块在面积、延迟和功耗方面占据最大的比例，所以优化乘法器的树形部分积压缩模块是至关重要的。

传统的精确4-2压缩器通常组成较为复杂，如图1所示是一种常用的实现精确4-2压缩器运算逻辑的门级电路图，有74根晶体管。用两个全加器构成一个精确4-2压缩器也是常见的方法，其结构图如图2所示，其中如图3所示是一种典型的28管全加器结构图，则两个全加器结构的精确4-2压缩器有56根晶体管，这种结构依然具有较高的复杂度，且比图1结构的传统门级4-2压缩器具有更长的延迟。

发明内容

针对上述传统精确4-2压缩器存在的结构复杂、延迟长和功耗大等问题，本发明提出了近似4-2压缩器，并给出了近似4-2压缩器的两种电路实现形式，与传统精确4-2压缩器相比具有更简单的电路结构、更低的延迟和功耗，能够用于乘法器的树形压缩模块，使乘法器在保证一定精度的情况下大大降低复杂度和功耗。

本发明的技术方案为：

一种高速低功耗的近似4-2压缩器，其中一种实现形式包括第一与非门NAND1、第二与非门NAND2、第三与非门NAND3、第四与非门NAND4、第一或门OR1、第一或非门NOR1、第一异或门XOR1和第二异或门XOR2；

第一与非门NAND1的第一输入端连接第一输入信号X1，其第二输入端连接第二输入信号X2，其输出端连接第三与非门NAND3和第一或门OR1的第一输入端；

第二与非门NAND2的第一输入端连接第三输入信号X3，其第二输入端连接第四输入信号X4，其输出端连接第三与非门NAND3和第一或门OR1的第二输入端；

第三与非门NAND3的输出端输出第一输出信号Carry；

第一异或门XOR1的第一输入端连接第一输入信号X1，其第二输入端连接第二输入信号X2，其输出端连接第一或非门NOR1的第一输入端；

第二异或门XOR2的第一输入端连接第三输入信号X3，其第二输入端连接第四输入信号X4，其输出端连接第一或非门NOR1的第二输入端；