單通道通訊模式異步流水線控制器

　　上述異步流水線控制器的正反向響應(yīng)都只需要2次信號(hào)翻轉(zhuǎn)，與GasP電路相比，減小了50％的正向響應(yīng)信號(hào)翻轉(zhuǎn)次數(shù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)GasP電路中，必須小心選擇晶體管的尺寸，以保證每一級(jí)門的延時(shí)完全一致。如果各門延時(shí)出現(xiàn)失配，GasP將不能正常工作。而本文提出的控制器由于產(chǎn)生信號(hào)Req＿out和Ack＿out不再共享同一電路，使得在節(jié)點(diǎn)L被拉高之前節(jié)點(diǎn)A不會(huì)被拉高，同樣，在節(jié)點(diǎn)R被拉低之前節(jié)點(diǎn)B不會(huì)被拉低，這樣就消除了門延時(shí)失配導(dǎo)致電路失效的情況。

　　3 準(zhǔn)延時(shí)無關(guān)異步電路控制

　　為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)延時(shí)無關(guān)異步流水線，提出第2種控制器。圖7給出高魯棒性的單通道異步控制器，該控制器使用Muller C單元代替第1種控制器中的與非門。對(duì)于一個(gè)基本的2輸入Muller C單元，當(dāng)其輸入都為高時(shí)輸出為高，其輸入都為低時(shí)輸出為低，其他情況，輸出保持不變，圖7中所示的MullerC單元是帶有互補(bǔ)輸出的。

　　與第2節(jié)描述的第一個(gè)控制器類似，初始化以后，L、R和A為高電平，B為低電平，Muller C單元輸出保持不變；一旦L節(jié)點(diǎn)被前一級(jí)電路設(shè)置成低電平，Muller C單元的輸出將發(fā)生翻轉(zhuǎn)，A節(jié)點(diǎn)變成低電平，B節(jié)點(diǎn)變成高電平；隨后，L翻轉(zhuǎn)成高電平，R變成低電平；當(dāng)L為高，R為低以后，Muller C單元的兩個(gè)輸入都為低，Muller C單元將再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，A節(jié)點(diǎn)為高，B節(jié)點(diǎn)為低，此時(shí)L和R節(jié)點(diǎn)浮空，該流水級(jí)處于等待前一級(jí)的請(qǐng)求信號(hào)和后一級(jí)的應(yīng)答信號(hào)狀態(tài)。

　　當(dāng)L變低以后，該控制器需要經(jīng)過3次信號(hào)轉(zhuǎn)變才能將L恢復(fù)到高電平，同時(shí)，其前一級(jí)電路在檢測(cè)到R為高后，同樣需要3次信號(hào)轉(zhuǎn)換才能將R節(jié)點(diǎn)變低。該控制器與GasP電路一樣需要6次信號(hào)翻轉(zhuǎn)來完成一個(gè)周期的操作，同樣該控制器的正、反向響應(yīng)時(shí)間也與GasP電路一致，分別為4次和2次信號(hào)轉(zhuǎn)換。但是由于Muller C單元的邏輯努力要大于自復(fù)位與非門，因此該控制器在獲得高魯棒性的同時(shí)犧牲了一定的性能。

　　4 模擬結(jié)果

　　使用TSMC O．25 μm邏輯工藝庫對(duì)文中的4個(gè)電路進(jìn)行如下Hspice模擬：反相器的尺寸分別為Wp=1．4 μm，Wn＝0．6μm，其他邏輯門的尺寸選擇以與反相器具有相同驅(qū)動(dòng)能力為原則，輸出級(jí)MOS的尺寸為反相器管子尺寸的兩倍。在GasP電路中，自復(fù)位與非門中PMOS管尺寸為Wp＝2．8μm，STFB電路或非門中NMOS管的尺寸為Wn＝0．9μm。表l給出了4個(gè)控制器的模擬結(jié)果，

　　可以看出，與GasP電路相比，第1種控制器的正向響應(yīng)時(shí)間減小了38．1％，而相對(duì)于STFB電路，第2種準(zhǔn)延時(shí)無關(guān)控制器的吞吐率增加了15．3％。如果使用脈沖邏輯代替圖5中的復(fù)雜邏輯門，第1種控制器將在具有和GasP電路幾乎相同吞吐率的情況下，正向響應(yīng)時(shí)間卻僅為GasP電路的79．1％。

　　5 結(jié) 論

　　 本文提出了兩種新型的基于單通道通訊協(xié)議的高速異步流水線控制器。第1種控制器正向只需要兩次信號(hào)翻轉(zhuǎn)，模擬結(jié)果顯示其正向響應(yīng)時(shí)間與最具有競(jìng)爭(zhēng)性的GasP電路相比減少了38．1％，使用TSMCo．25μm的工藝庫模擬，該電路可以工作在2．2GHz。同時(shí)，為進(jìn)一步簡(jiǎn)化時(shí)序驗(yàn)證而提出的第2種使用Muller C門的QDI單通道異步流水線控制器，與流行的準(zhǔn)延時(shí)無關(guān)電路STFB相比其面積代價(jià)大為減少，并且吞吐率提高了15．3％。