Design and Analysis of Improved Domino Logic with Noise Tolerance and High Performance

The demands of upcoming computing, as well as the challenges of nanometer-era of VLSI design necessitate new digital logic techniques and styles that are at the same time high performance, energy efficient and robust to noise and variation. Dynamic CMOS logic gates are broadly used to design high performance circuits due to their high speed. Conversely, the vital demerit of dynamic logic style is its high noise sensitivity. The main reason for this is the sub-threshold leakage current flowing through the pull down network. With continuous technology scaling, this problem is getting more and more severe. In this thesis, a new noise tolerant dynamic CMOS circuit technique is proposed. In the proposed work, we have enhanced the behavior of the domino CMOS logic. This technique also gets benefit in terms of delay and power. This thesis describes the new low power, noise tolerant and high speed domino logic technique and presents a comparison result of this logic with previously reported schemes. Simulation results prove that, in 180 nm CMOS technology when we used this logic style to realize wide fan-in logic gates, it could achieve maximum level of noise robustness as compared to its basic counterpart. In addition, the logic also works efficiently with sequential circuits. The feasibility of this new technique is demonstrated by means of a real hardware, we have built a custom test-chip in the UMC 180 nm process technology with an ALU core, using the proposed domino logic style for each design block. In this thesis, we have also described the design and implementation of this chip. In addition to this, we have also presented initial power and delay performance comparisons between the circuit level simulated ALU and test-chip implemented in the proposed domino logic style. Finally we conclude that, the thesis contributes a very efficient logic style for wide fan-in gates, which is not only noise robust but also energy efficient and high speed

Ultra Low Power Digital Circuit Design for Wireless Sensor Network Applications

Ny forskning innenfor feltet trådløse sensornettverk åpner for nye og innovative produkter og løsninger. Biomedisinske anvendelser er blant områdene med størst potensial og det investeres i dag betydelige beløp for å bruke denne teknologien for å gjøre medisinsk diagnostikk mer effektiv samtidig som man åpner for fjerndiagnostikk basert på trådløse sensornoder integrert i et ”helsenett”. Målet er å forbedre tjenestekvalitet og redusere kostnader samtidig som brukerne skal oppleve forbedret livskvalitet som følge av økt trygghet og mulighet for å tilbringe mest mulig tid i eget hjem og unngå unødvendige sykehusbesøk og innleggelser. For å gjøre dette til en realitet er man avhengige av sensorelektronikk som bruker minst mulig energi slik at man oppnår tilstrekkelig batterilevetid selv med veldig små batterier. I sin avhandling ” Ultra Low power Digital Circuit Design for Wireless Sensor Network Applications” har PhD-kandidat Farshad Moradi fokusert på nye løsninger innenfor konstruksjon av energigjerrig digital kretselektronikk. Avhandlingen presenterer nye løsninger både innenfor aritmetiske og kombinatoriske kretser, samtidig som den studerer nye statiske minneelementer (SRAM) og alternative minnearkitekturer. Den ser også på utfordringene som oppstår når silisiumteknologien nedskaleres i takt med mikroprosessorutviklingen og foreslår løsninger som bidrar til å gjøre kretsløsninger mer robuste og skalerbare i forhold til denne utviklingen. De viktigste konklusjonene av arbeidet er at man ved å introdusere nye konstruksjonsteknikker både er i stand til å redusere energiforbruket samtidig som robusthet og teknologiskalerbarhet øker. Forskningen har vært utført i samarbeid med Purdue University og vært finansiert av Norges Forskningsråd gjennom FRINATprosjektet ”Micropower Sensor Interface in Nanometer CMOS Technology”