Glitch Reduction Through Path Balancing for Low-Power CMOS Digital Circuits

저전력 CMOS 디지털 회로 설계에서 경로 균등화에 의한 글리치 감소기법

본 논문은 CMOS 디지털 회로에서의 전력 소모의 주원인인 신호의 천이중에서 회로의 동작에 직접적인 영향을 미치지 않는 불필요한 신호의 천이인 글리치를 줄이기 위한 효율적인 알고리즘을 제시한다. 제안된 알고리즘은 회로의 지연 증가 없이 게이트 사이징과 버퍼 삽입에 의해 경로 균등(path balancing)을 이룸으로써 글리치를 감소시킨다. 경로 균등화를 위하여 먼저 게이트 사이징을 통해 글리치의 감소와 동시에, 게이트 크기의 최적화를 통해 회로 전체의 캐패시턴스까지 줄일 수 있으며, 게이트 사이징 만으로 경로 균등화가 이루어지지 않을 경우 버퍼 삽입으로 경로 균등화를 이루게 된다. 버퍼 자체에 의한 전력 소모 증가보다 글리치 감소에 의한 전력 감소가 큰 버퍼를 선택하여 삽입한다. 이때 버퍼 삽입에 의한 전력 감소는 다른 버퍼의 삽입 상태에 따라 크게 달라질 수 있어 ILP (Integer Linear Program)를 이용하여 적은 버퍼 삽입으로 전력 감소를 최대화 할 수 있는 저전력 설계 시스템을 구현하였다. 제안된 알고리즘은 LGSynth91 벤치마크 회로에 대한 테스트 결과 회로의 지연 증가 없이 평균적으로 30.4%의 전력 감소를 얻을 수 있었다.Abstract This paper presents an efficient algorithm for reducing glitches caused by spurious transitions in CMOS logic circuits. The proposed algorithm reduces glitches by achieving path balancing through gate sizing and buffer insertion. The gate sizing technique reduces not only glitches but also effective capacitance in the circuit. In the proposed algorithm, the buffers are inserted between the gates where power reduction achieved by glitch reduction is larger than the additional power consumed by the inserted buffers. To determine the location of buffer insertion, ILP (Integer Linear Program) has been employed in the proposed system. The proposed algorithm has been tested on LGSynth91 benchmark circuits. Experimental results show an average of 30.4% power reduction.