홍익대학교 집적회로 최종 프로젝트

본 내용은 " 홍익대학교 집적회로 최종 프로젝트 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.09.06

문서 내 토픽

• 1. 1비트 전가산기 논리회로 분석 및 변환

  NAND 게이트, NOR 게이트, 인버터만 사용할 수 있는 Microwind 프로그램의 특성상 회로도를 NAND 게이트, NOR 게이트, 인버터로 구성된 회로도로 변경하였다. Cout을 구성하는 2개의 AND 게이트와 1개의 OR 게이트를 3개의 NAND 게이트로 변경하였고, XOR 게이트를 2개의 NAND 게이트, 1개의 NOR 게이트, 2개의 인버터로 변경하였다. 최종적으로 7개의 NAND 게이트, 4개의 인버터, 2개의 NOR 게이트로 구성된 1비트 전가산기 회로를 설계하였다.

• 2. Microwind 툴을 이용한 실제 레이아웃

  NAND 게이트, NOR 게이트, 인버터의 개별 레이아웃을 수행하고, 이를 바탕으로 1비트 전가산기의 실제 레이아웃을 수행하였다. 실제 회로도와 레이아웃을 비교하여 매칭하였다.

• 3. 시뮬레이션을 통한 전 입출력 파형 분석

  1비트 전가산기의 원 진리표와 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 초기에는 약간의 노이즈와 불규칙적인 파형이 출력되었지만, 시간이 지남에 따라 규칙적인 패턴으로 출력되었다. 특정 입출력만 단독으로 매칭시켜 파형을 분석한 결과, Cin의 입력과 Cout의 출력은 0으로 유지되었고, Cin의 입력과 S의 출력은 반대로 움직였다. A, B의 입력과 Cout의 출력은 A, B 모두 1일 때만 Cout이 상승하였고, A, B의 입력과 S의 출력은 A=1, B=0일 때 Cout이 상승하고 A=1, B=1일 때 Cout이 하강하였다.

• 4. Critical path 찾기

  1비트 전가산기 회로에서 critical path는 3개의 게이트를 거치는 2가지 경로로 볼 수 있으며, 이 경로에서 propagation이 발생할 수 있다. 인버터를 조합하여 XOR 게이트를 구현한 경우 총 12가지의 경로가 나오며, 이 중 A: 0 → 1, B: 0 → 0, Cin: 1 → 1로 변화할 때의 경로가 critical path라고 볼 수 있다.

• 5. Critical path delay 개선

  Critical path delay를 개선하기 위해 inverting stage를 줄이는 방법을 시도하였다. 기존 레이아웃에서 트랜지스터 개수를 줄인 미러 형태의 전가산기를 설계하였으나, 전반적인 딜레이가 증가하였다. 사이즈를 추가로 줄이거나 파라미터를 수정하여 딜레이를 감소시킬 수 있었지만, 정확성이 떨어지는 문제가 발생하였다. 결과적으로 트랜지스터 개수와 사이즈를 줄이는 것이 critical path delay 개선에 가장 효과적이었다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 1비트 전가산기 논리회로 분석 및 변환

  1비트 전가산기 논리회로 분석 및 변환은 디지털 회로 설계에서 매우 중요한 주제입니다. 이를 통해 기본적인 산술 연산을 수행할 수 있는 회로를 구현할 수 있습니다. 논리회로 분석을 통해 입력 신호와 출력 신호 간의 관계를 이해하고, 이를 바탕으로 최적화된 회로 설계를 할 수 있습니다. 또한 변환 과정을 통해 다양한 논리 게이트 조합으로 회로를 구현할 수 있어 회로 설계의 유연성을 높일 수 있습니다. 이러한 기술은 마이크로프로세서, 메모리, 통신 장치 등 다양한 디지털 시스템 설계에 활용될 수 있습니다.

• 2. Microwind 툴을 이용한 실제 레이아웃

  Microwind 툴을 이용한 실제 레이아웃 설계는 디지털 회로 설계 과정에서 매우 중요한 단계입니다. 이를 통해 논리 회로 설계를 실제 물리적인 레이아웃으로 구현할 수 있습니다. Microwind 툴은 직관적인 사용자 인터페이스와 다양한 기능을 제공하여 효율적인 레이아웃 설계가 가능합니다. 실제 레이아웃 설계를 통해 회로의 크기, 배치, 배선 등을 최적화할 수 있으며, 이는 회로의 성능, 전력 소모, 제조 비용 등에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 Microwind 툴을 활용한 실제 레이아웃 설계는 디지털 회로 설계 과정에서 필수적인 기술이라고 할 수 있습니다.

• 3. 시뮬레이션을 통한 전 입출력 파형 분석

  시뮬레이션을 통한 전 입출력 파형 분석은 디지털 회로 설계 과정에서 매우 중요한 단계입니다. 이를 통해 회로의 동작을 사전에 확인하고 문제점을 발견할 수 있습니다. 시뮬레이션 도구를 활용하면 입력 신호에 따른 출력 신호의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있으며, 타이밍 분석, 전력 소모 분석 등 다양한 분석을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 회로의 성능을 최적화하고 오류를 사전에 방지할 수 있습니다. 또한 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실제 하드웨어 구현 전에 설계를 검증할 수 있어 개발 시간과 비용을 절감할 수 있습니다. 따라서 시뮬레이션을 통한 전 입출력 파형 분석은 디지털 회로 설계 과정에서 필수적인 기술이라고 할 수 있습니다.

• 4. Critical path 찾기

  Critical path 찾기는 디지털 회로 설계에서 매우 중요한 과정입니다. 회로의 성능은 critical path의 지연 시간에 의해 결정되므로, critical path를 정확히 파악하고 이를 최적화하는 것이 필수적입니다. 시뮬레이션 도구를 활용하여 회로의 타이밍 분석을 수행하면 critical path를 식별할 수 있습니다. 이를 통해 회로 설계를 개선하고 성능을 향상시킬 수 있습니다. 또한 critical path 분석은 회로의 신뢰성 및 안정성 확보에도 중요한 역할을 합니다. 따라서 critical path 찾기는 디지털 회로 설계 과정에서 필수적인 기술이라고 할 수 있습니다.

• 5. Critical path delay 개선

  Critical path delay 개선은 디지털 회로 설계에서 매우 중요한 과정입니다. 회로의 성능은 critical path의 지연 시간에 의해 결정되므로, critical path delay를 최소화하는 것이 필수적입니다. 이를 위해서는 다양한 기술적 접근이 필요합니다. 먼저 critical path를 정확히 파악하고 이를 개선하기 위한 방안을 모색해야 합니다. 이를 위해 회로 구조 최적화, 게이트 크기 조정, 배선 길이 최소화 등의 기법을 활용할 수 있습니다. 또한 공정 기술 개선, 전압 및 클록 주파수 조정 등 시스템 레벨의 접근도 필요합니다. 이러한 노력을 통해 critical path delay를 효과적으로 개선할 수 있으며, 이는 회로의 성능 향상으로 이어질 것입니다. 따라서 critical path delay 개선은 디지털 회로 설계에서 매우 중요한 기술이라고 할 수 있습니다.