فهرست مطالبفصل اول:کلیات تحقیق1-1- مقدمه. 31-2- بیان مساله. 61-3- اهمیت و ضرورت تحقیق. 71-4- اهداف تحقیق. 8فصل دوم:مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق2-1- معرفی گیت قابل برنامه ریزی میدانی FPGA.. 102-2- معرفی حافظه ها شامل SRAMو DRAM... 112-3- ساختار داخلی سلول حافظه. 132-3-1 سلول حافظه 6 ترانزیستوری پایه. 132-3-2 نوشتن داده در سلول. 142-3-3 نگهداری داده در سلول. 162-3-4 خواندن داده از سلول. 172-4- معرفی حاشیه نویز ایستای خواندن و جریان سلول. 182-5- سلول بهبود یافته. 202-5-1 نوشتن در سلول جدید. 212-5-2 نگهداری داده در سلول جدید. 242-5-3 خواندن داده از سلول جدید. 262-6- بررسی سلول جدید ارائه شده از دیدگاه تاخیر در خواندن و نوشتن 262-6-1 تأخیر نوشتن در سلول. 262-6-2 تاخیر خواندن داده از سلول. 302-7- بررسی جریان نشتی در سلول حافظه. 332-8- بررسی برخی سلول های ارائه شده. 352-8-1 سلول با نشتی پایین و آگاه به صفر. 392-8-2 سلول SRAMسخت شده نسبت به صفر. 392-9- بررسی سلول بهبودیافته. 432-10- بررسی چالش جریان نشتی. 55فصل سوم:روش اجرای تحقیق3-1- شبیه سازی سلول 6 ترانزیستوری پایه. 653-2- شبیه سازی سلول پایه در لحظه 2.5 میکروثانیه. 713-3- شبیه سازی سلول بهبود یافته. 733-4- شبیه سازی سلول بهبود یافته در زمان 2.5 میکروثانیه. 783-5- شبیه سازی سلول نهایی. 803-6- شبیه سازی سلول نهایی در لحظه 2.5 میکروثانیه. 82فصل چهارم:تجزیه و تحلیل داده ها4-1- مقایسه و بررسی داده ها و نتایج حاصل از شبیه سازی. 87فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادات5-1- نتیجه گیری. 915-2- پیشنهادات. 92منابع و ماخذ. 93فهرست منابع فارسی. 93فهرست منابع انگلیسی. 94چکیده انگلیسی. 96فهرست جداولعنوان شماره صفحهجدول 3-1: ترانزیستورها سلول 6 ترانزیستوری پایه شامل نوع و ابعاد آن ها. 65جدول 3-2: مشخصات پالس اعمال شده به ورودی های Bite-lineو Word-line 66جدول3-3: ولتاژ گره های مدار در لحظه شروع به کار مدار. 66جدول 3-4: ظرفیت خازنی گره های اصلی مدار سلول پایه. 67جدول 3-5: مشخصات توان مصرفی ولتاژ و جریان منابع تغذیه مدار 67جدول 3-6: نواحی کار ترانزیستورها درلحظه شروع به کار مدار 68جدول 3-7: ظرفیت خازنی ترانزیستورها. 68جدول 3-8: نقاط کار ترانزیستورها. 68جدول 3-9: ولتاژ گره های مدار در لحظه 2.5 میکروثانیه. 71جدول 3-10: ظرفیت خازنی گره های اصلی مدار سلول پایه در زمان 2.5 میکروثانیه. 71جدول 3-11: توان مصرفی ولتاژ و جریان منابع تغذیه مدار در زمان 2.5 میکروثانیه. 71جدول 3-12: نواحی کار ترانزیستورها درلحظه 2.5 میکروثانیه. 72جدول 3-13: نقاط کار ترانزیستورها در زمان 2.5 میکروثانیه. 72جدول 3-14: مشخصات پالس های اعمال شده به ورودی های مدار. 73جدول 3-15: ولتاژ گره های مدار در لحظه شروع به کار. 74جدول 3-16: ظرفیت خازنی گره های اصلی مدار سلول بهبود یافته در لحظه شروع به کار. 74جدول 3-17: توان مصرفی ولتاژ و جریان منابع تغذیه مداردر لحظه شروع کار مدار. 74جدول 3-18: نقاط کار ترانزیستورها درلحظه شروع به کار. 74جدول3-19: نواحی کار ترانزیستورها درلحظه شروع به کار مدار 74جدول 3-20: ولتاژ گره های مدار در لحظه 2.5 میکروثانیه. 78جدول 3-21: ظرفیت خازنی گره های اصلی مدار سلول بهبود یافته در لحظه 2.5میکروثانیه. 78جدول 3-22: توان مصرفی ولتاژ و جریان منابع تغذیه مداردر لحظه 2.5میکروثانیه. 78جدول 3-23: نواحی کار ترانزیستورها درلحظه 2.5 میکروثانیه. 78جدول 3-24: نقاط کار ترانزیستورها درلحظه 2.5 میکروثانیه. 79جدول 3-25: ولتاژ گره های مدار در لحظه شروع به کار مدار. 80جدول 3-26: ظرفیت خازنی گره های اصلی مدار سلول بهبود یافته در لحظهشروع به کار مدار. 81جدول 3-27: توان مصرفی ولتاژ و جریان منابع تغذیه مداردر لحظه شروع به کار مدار. 81جدول 3-28: نواحی کار ترانزیستورها درلحظه شروع به کار مدار 81جدول 3-29: نقاط کار ترانزیستورها درلحظه شروع به کار مدار 81جدول 3-30: ولتاژ گره های مدار در لحظه 2.5میکروثانیه. 82جدول 3-31: ظرفیت خازنی گره های اصلی مدار سلول بهبود یافته در لحظه 2.5میکروثانیه. 82جدول 3-32: توان مصرفی ولتاژ و جریان منابع تغذیه مداردر لحظه2.5 میکروثانیه. 82جدول 3-33: نواحی کار ترانزیستورها درلحظه 2.5 میکروثانیه 83جدول 3-34: نقاط کار ترانزیستورها درلحظه 2.5 میکروثانیه. 83جدول 3-35: مقایسه جریان نشتی ترانزیستور شماره 2 در سلول بهبود یافته و سلول نهایی در زمان نگهداری داده 2.5 میکروثانیه. 87جدول 3-36: مقایسه توان مصرفی تغذیه درسلول بهبود یافته و نهایی در زمان نگهداری داده در سلول 2.5 میکروثانیه. 87فهرست شکل هاعنوان شماره صفحهشکل 1-1: سوئیچ های مسیریابی. 3شکل 1-2: جداول صحت. 4شکل 1-3: مالتی پلکسر چهار ورودی. 4شکل 1-4: سلول های حافظه مشخص کننده ورودی ها. 5شکل 1-5: سلول عملیات خواندن نوشتن و ذخیره سازی داده های دودویی جهت برنامه ریزی تراشه گیت قابل برنامه ریزی میدانی. 6شکل 2-1: نمونه ای از حافظه ها و ابعاد آن ها. 11شکل 2-2: بلوک دیاگرام یک FPGA. 12شکل 2-3: معکوس کننده. 14شکل 2-4: قسمت ها و اجزای تشکیل دهنده سلول 6 ترانزیستوری پایه 15شکل 2-5: مسیر ورود داده به سلول و فیدبک مثبت نگهداری داده در سلول. 16شکل 2-6: مسیر جریان سلول 6 ترانزیستوری پایه. 18شکل 2-7: مقایسه حاشیه نویز ایستای خواندن در سلول مطلوب و نا مطلوب. 19شکل 2-8: شماتیک مداری سلول بهبود یافته. 21شکل 2-9: مراحل خواندن و بارگذاری داده 1 از ورودی و ذخیره در سلول. 22شکل 2-10: مراحل خواندن و بارگذاری داده 0 از ورودی و ذخیره در سلول. 23شکل 2-11 مسیر حلقه فیدبک مثبتی که داده 1 را در سلول نگهداری می کند. 23شکل 2-12: شکل موج سیکل نوشتن داده در سلول. 24شکل 2-13: جریان های نشتی سلول جدید در حالت نگهداری داده صفر در سلول. 25شکل 2-14: خازن های پارازیتی ترانزیستور ها در گره ST. 27شکل 2-15: خازن CSTکه مجموع خازن های متصل به گرهST می باشد 30شکل2-16: مدار معادل سلول در زمان خواندن داده 1. 31شکل 2-17: مقایسهمتوسط جریان نشتی در سلول پایه و سلول جدید 34شکل 2-18: مقایسه متوسط جریان نشتی با کاهش ولتاژVDDو بدون کاهش ولتاژ VDDدر سلول جدید. 34شکل 2-19: مشخص کردن مسیر جریان نشتی در سلول در حالتی که داده 1 در سلول جدید ذخیره شده. 35شکل 2-20: مقایسه ابعاد در طراحیlayout سلول حافظه 6 ترانزیستوری پایه و سلول ارائه شده جدید. 36شکل2-21: طرح layoutمربوط به سلول حافظه آگاه به صفر با جریان نشتی کم. 39شکل 2-22: طراحی layoutمربوط به سلول سخت شده نسبت به صفر پایه 41شکل 2-23: طراحی layoutمربوط به سلول سخت شده بهبود یافته. 41شکل 2-24 طراحی مربوط به layoutسلول سخت شده سلول سخت شده به طور کامل نسخه کامل شده. 42شکل 2-25: طراحی مربوط به layoutسلول سخت شده به طور کامل. 43شکل 2-26: شماتیک مداری سلول جدید. 44شکل 2-27: ذخیره ماندن داده 1 منطقی در سلول. 46شکل 2-28: ذخیره ماندن داده 0 منطقی درسلول. 47شکل2-29: مسیر حلقه های فیدبک نگهدارنده داده 0 و 1 در سلول 48شکل 2-30: حالت اولیه سلول که داده صفر در سلول ذخیره شده و آماده تغییر داده به صفر از طریق مسیر های مشخص شده. 51شکل2-31: تغییر حالت داده صفر منطقی در سلول به یک و تغییر وضعیت ترانزیستورها. 51شکل2-32: حالت اولیه سلول که داده یک در آن ذخیره شده و آماده تغییر داده به صفر از طریق مسیر های مشخص شده. 53شکل 2-33: تغییر حالت داده یک منطقی در سلول به صفر و تغییر وضعیت ترانزیستورها. 54شکل2-34: رابطه جریان نشتی و پشته کردن ترانزیستورها به شکل سری 56شکل 2-35: پشته کردن ترانزیستورها در سلول جدید. 57شکل 2-36: نحوه قرارگیری سلول حافظه جدید در معماری سوییچ مسیریابی. 58شکل 2-37: نحوه قرارگیری سلول حافظه جدید در معماریجدول جستجو ، برگرفته از مرجع. 59شکل 3-1: روند انجام شبیه سازی و بدست آوردن خروجی و بررسی شرایط برای مقایسه. 64شکل 3-2: شماتیک مداری سلول 6 ترانزیستوری پایه. 65شکل 3-3: خروجی گره Bite-line که به عنوان ورودی به مدار اعمال شده 69شکل 3-4: خروجی گره Word-line که به عنوان ورودی به ترانزیستورهای فعال کننده اعمال می گردد. 69شکل 3-5: ولتاژ گره STدر طول پالس های اعمال شده به مدار از طریق ورودی. 70شکل 3-6: ولتاژ گره STBدر طول پالس های اعمال شده به مدار از طریق ورودی. 70شکل 3-7: شماتیک مداری سلول بهبود یافته ارائه شده. 73شکل3-8: خروجی گره Bite-line که به عنوان ورودی به مدار اعمال شده 76شکل 3-9: خروجی گره Word-line که به عنوان ورودی به ترانزیستورهای فعال کننده اعمال می گردد. 76شکل 3-10: ولتاژ گره STدر طول پالس های اعمال شده به مدار از طریق ورودی در سلول جدید. 77شکل 3-11: ولتاژ گره STBدر طول پالس های اعمال شده به مدار از طریق ورودی در سلول جدید. 77شکل 3-12: شماتیک مداری سلول نهایی و نحوه قرار گرفتن ترانزیستورهای پشته شده به شکل سری. 80شکل3-13: خروجی گره Bite-line که به عنوان ورودی به مدار اعمال شده 84شکل 3-14: خروجی گره Word-line که به عنوان ورودی به ترانزیستورهای فعال کننده اعمال می گردد. 84شکل 3-15: ولتاژ گره STدر طول پالس های اعمال شده به مدار از طریق ورودی در سلول جدید. 85شکل 3-16: ولتاژ گره STBدر طول پالس های اعمال شده به مدار از طریق ورودی در سلول جدید. 85شکل 3-17: مسیر جریان نشتی در هنگام ذخیره سازی داده در زمان 2.5 میکروثانیه درسلول بهبود یافته و سلول نهایی. 89 فهرست نمودارهاعنوان شماره صفحهنمودار 5-1: مقایسه توان مصرفی تغذیه سلول نهایی و بهبودیافته درزمان نگهداری داده در سلول 2.5 میکروثانیه. 88نمودار 5-2 مقایسه جریان نشتی ترانزیستور شماره 2 در سلول بهبود یافته و سلول نهایی در زمان نگهداری داده در سلول 2.5 میکروثانیه 88در تحقیق که پیشرو داریم بر آنیم تا با توجه به نیاز روزافزون به بهره گیری و استفاده از مدارهای الکترونیکی دیجیتال و نیاز به بهینه سازی جهت بهبود عملکرد که شامل مصرف توان کمتر، سرعت بالاتر، اشغال فضای کمتر و عملکرد بهتر می باشد با ایجاد تغییراتی در یکی از قسمت های یک ابزار بسیارکاربردی و مفید در طراحی و پیاده سازی مدارهای دیجیتال یعنی گیت قابل برنامه ریزی میدانی سبب بهبود عملکرد این ابزار شویم. در این تحقیق باتوجه به این نکته که عمده مصرف توان این ابزار در سلول های حافظه صرف می گردد و توجه به این نکته که بخش عمده ساختمان اجزای تشکیل دهنده تراشه شامل بلوک های منطقی قابل پیکربندی که خود شامل سوییچ های مسیریابی و جداول جستجو می باشند که حجم زیادی از این قسمت ها را سلول های حافظه تشکیل می دهند و باتوجه به این نکته که بخش عمده اتلاف توان را جریان نشتی ترانزیستورهای سلول حافظه در زمان بیکاری ایجاد میکنند با کاهش این جریان نشتی سبب کاهش توان مصرفی ایستا در سلول حافظه و در نهایت کل تراشه گیت قابل برنامه ریزی میدانی شویم و با کاهش مصرف توان دراین ابزار سبب بهبود عملکرد آن شویم. کلمات کلیدی: آرایه گیت قابل برنامه ریزی میدانی، بلوک منطقی قابل پیکربندی، سوییچ مسیریابی، جدول جستجو، سلول حافظه، جریان نشتی