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JPH0348534B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0348534B2
JPH0348534B2 JP6007983A JP6007983A JPH0348534B2 JP H0348534 B2 JPH0348534 B2 JP H0348534B2 JP 6007983 A JP6007983 A JP 6007983A JP 6007983 A JP6007983 A JP 6007983A JP H0348534 B2 JPH0348534 B2 JP H0348534B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carry
circuit
look
ahead
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP6007983A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59186042A (en
Inventor
Mitsunori Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP6007983A priority Critical patent/JPS59186042A/en
Publication of JPS59186042A publication Critical patent/JPS59186042A/en
Publication of JPH0348534B2 publication Critical patent/JPH0348534B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/38Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
    • G06F7/48Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
    • G06F7/50Adding; Subtracting
    • G06F7/505Adding; Subtracting in bit-parallel fashion, i.e. having a different digit-handling circuit for each denomination
    • G06F7/506Adding; Subtracting in bit-parallel fashion, i.e. having a different digit-handling circuit for each denomination with simultaneous carry generation for, or propagation over, two or more stages
    • G06F7/508Adding; Subtracting in bit-parallel fashion, i.e. having a different digit-handling circuit for each denomination with simultaneous carry generation for, or propagation over, two or more stages using carry look-ahead circuits

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、2進多ビツト並列加算における桁上
げ先見回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a carry look-ahead circuit in binary multi-bit parallel addition.

〔背景技術とその問題点〕[Background technology and its problems]

2進数の被乗数と乗数の乗算は、被乗数に乗数
の最下位のビツトを乗算して得られた2進数、ま
た被乗数に乗数の次のビツトを乗算して得られた
2進数というように被乗数に乗数のそれぞれのビ
ツトを乗算して得られたそれぞれの2進数(これ
らをそれぞれ部分積段という)を加算することに
より計算が行なわれる。
Multiplying a binary multiplicand by a multiplier is a binary number obtained by multiplying the multiplicand by the least significant bit of the multiplier, and a binary number obtained by multiplying the multiplicand by the next bit of the multiplier. Calculations are performed by adding the respective binary numbers obtained by multiplying the respective bits of the multiplier (each referred to as a partial stage).

たとえば並列乗算器を構成するには、この乗算
器の特徴である高速演算性を最大限に引き出すた
めに、上記部分積段の発生数を減らすアルゴリズ
ムであるいわゆるブースのアルゴリズムや部分積
加算の際に加算経路の加算器通過段数を減らす接
続法であるいわゆるワランスツリー、あるいは部
分積段で発生した桁上げ信号を1つ上位の桁の1
段下の部分積段に供給して部分積加算段中におけ
る桁上げ信号伝搬経路を短縮するいわゆるキヤリ
セーブの方法などが用いられている。
For example, in order to configure a parallel multiplier, in order to maximize the high-speed operation that is a feature of this multiplier, it is necessary to use the so-called Booth algorithm, which is an algorithm that reduces the number of partial product stages, and the partial product addition method. The so-called valance tree is a connection method that reduces the number of adder stages in the addition path, or the carry signal generated in the partial accumulation stage is
A so-called carry-save method is used in which carry signals are supplied to a lower partial stacking stage to shorten the carry signal propagation path in the partial product adding stage.

しかしながら、上記のような高速化手法を用い
ても、部分積加算段の最終段においては最下位桁
で発生した桁上げ信号を最上位桁まで伝搬する桁
上げ信号伝搬経路を経て桁上げ信号を得なければ
ならず、被乗数や乗数のビツト数が多ビツトの場
合この伝搬経路が数十ビツトにも及び桁上げ信号
の伝搬時間の遅延のため、上記乗算器の高速化を
制限する大きな要因の一つとなつていた。
However, even if the speed-up method described above is used, at the final stage of the partial product addition stage, the carry signal generated at the least significant digit is transmitted through the carry signal propagation path that propagates it to the most significant digit. If the number of bits in the multiplicand or multiplier is large, this propagation path can extend to several tens of bits, and the propagation time of the carry signal is delayed, which is a major factor limiting the speedup of the multiplier. They were all one.

そこで、このような桁上げ動作を高速に行なう
ために、従来より第1図に示すような桁上げ先見
回路を上記乗算器に用いる方法が知られている。
この第1図は10ビツトの並列加算を行なう場合の
回路構成であり、A1乃至A10及びB1乃至B10は並
列加算される10ビツトの2進数をそれぞれ表わし
ている。また、F1乃至F10は全加算器を表わし、
CINは桁上げ入力であり、C2乃至C10は桁上げ信号
を表わし、COUTは桁上げ出力を表わしている。ま
た、S1乃至S10は加算出力を表わしている。この
並列加算回路には4ビツト単位の桁上げ先見回路
1,2が設けられており、桁上げ入力CINまた下
位4ビツトのA1乃至A4及びB1乃至B4の加算入力
から発生し全加算器F5に入力される桁上げ信号
C5を桁上げ先見回路1により得るようになつて
いる。また、桁上げ先見回路2は、桁上げ信号
C5とA5乃至A8及びB5乃至B8の次の4ビツトの加
算入力とから発生する桁上げ信号C9を作り出し、
全加算器F9に供給している。この第1図から明
らかなように、最下位桁に入力される桁上げ入力
CINが最上位桁の加算が行なわれる全加算器F10
に伝搬される経路は、上記先見回路1のNAND
ゲート3からNANDゲート4を通り上記先見回
路2のNANDゲート5からNANDゲート6を通
り、全加算器F9を経て全加算器F10に送られるよ
うになつており、先見回路1,2を設けない場合
に比べ高速な伝搬が可能となつている。しかしな
がら、上記桁上げ先見回路1,2を第1図に示す
論理回路通りCMOS(相補型MOS)回路で構成す
ると、CMOSのため素子数が多いことにより素
子間の配線が複雑となりコストを高くしたり、多
入力ゲートが多いことによりCMOSの電荷の充
放電に時間を要し高速化を充分に引き出すことが
できないという難点がある。したがつて、一般の
CMOSゲート回路構成を用いることはほとんど
なく、CMOSプロセスによる場合でも、第2図
に示すような構成として、PMOS(Pチヤンネル
MOS)を負荷とした比較的簡単なレシオ回路の
構成を用いているのが現状である。ここでレシオ
回路とは、一般のE/D(エンハス/デイプリー
シヨン)構成のDMOS(デイプリーシヨンMOS)
負荷をDMOS負荷に置換えた形の回路のことで
ある。第2図は、下位4ビツトについての桁上げ
先見回路を示しており、上位4ビツトについても
同様の回路で構成されるようになつている。この
第2図に示す先見回路をPMOS負荷によるレシ
オ回路で構成することにより、高速性を改善する
ことができ、またCMOSに比べて使用素子数が
少なくてすむため全体の素子数を削減することが
できる。しかし、ゲート間の配線の複雑さはその
ままであり、コスト的には不充分である。また、
レシオ回路でゲートを構築しているので電源間に
直流経路が生じ消費電力が増大するという欠点を
有している。
Therefore, in order to perform such a carry operation at high speed, a method is conventionally known in which a carry look-ahead circuit as shown in FIG. 1 is used in the multiplier.
FIG. 1 shows a circuit configuration for performing 10-bit parallel addition, and A 1 to A 10 and B 1 to B 10 respectively represent 10-bit binary numbers to be added in parallel. Also, F1 to F10 represent full adders,
C IN is a carry input, C 2 to C 10 represent carry signals, and C OUT represents a carry output. Further, S 1 to S 10 represent addition outputs. This parallel adder circuit is provided with carry look ahead circuits 1 and 2 in units of 4 bits, and the carry look-ahead circuits 1 and 2 are generated from the carry input C IN and the addition inputs of the lower 4 bits A 1 to A 4 and B 1 to B 4 . Carry signal input to full adder F5
C5 is obtained by the carry look ahead circuit 1. In addition, the carry look ahead circuit 2 outputs a carry signal.
Generate a carry signal C9 generated from C5 and the next 4-bit addition input of A5 to A8 and B5 to B8 ,
It is supplied to full adder F9. As is clear from this figure 1, carry input is input to the lowest digit.
Full adder F10 where C IN is added with the most significant digit
The path propagated to is the NAND of the look-ahead circuit 1 above.
The signal is sent from gate 3 to NAND gate 4, from NAND gate 5 of look-ahead circuit 2 to NAND gate 6, and then to full adder F10 via full adder F9, and look-ahead circuits 1 and 2 are not provided. Faster propagation is now possible than in the case of However, if the carry look-ahead circuits 1 and 2 are configured with CMOS (complementary MOS) circuits as shown in the logic circuit shown in FIG. 1, the large number of elements due to CMOS makes wiring between elements complicated and increases cost. Also, due to the large number of multi-input gates, it takes time to charge and discharge the CMOS charge, making it difficult to fully realize high speed. Therefore, the general
A CMOS gate circuit configuration is rarely used, and even when a CMOS process is used, a PMOS (P channel) configuration is used, as shown in Figure 2.
Currently, a relatively simple ratio circuit configuration with a MOS (MOS) as a load is used. Here, the ratio circuit is a DMOS (depletion MOS) with a general E/D (enhance/depletion) configuration.
This is a circuit in which the load is replaced with a DMOS load. FIG. 2 shows a carry look ahead circuit for the lower 4 bits, and the higher 4 bits are also constructed of a similar circuit. By configuring the look-ahead circuit shown in Figure 2 as a ratio circuit using a PMOS load, high speed performance can be improved, and the number of elements used can be reduced compared to CMOS, so the overall number of elements can be reduced. I can do it. However, the wiring between the gates remains complicated, and the cost is insufficient. Also,
Since the gate is constructed with a ratio circuit, a direct current path is created between the power supplies, resulting in an increase in power consumption.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

そこで、本発明はこのような実情に鑑み提案さ
れたものであり、使用素子数が少なく素子間の配
線が単純であり、消費電力が少なく、動作速度が
速い桁上げ先見回路を提供することを目的とす
る。
The present invention was proposed in view of the above circumstances, and aims to provide a carry look-ahead circuit that uses fewer elements, has simple wiring between elements, consumes less power, and has high operating speed. purpose.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この目的を達成するために本発明の桁上げ先見
回路は、2つのmビツト2進数(m≧2)a=ni=
Ai2i-1,b=ni=1 Bi2i-1及び下位からの桁上げ入
力CINについての並列加算において、(4m+1)
個の第1導電型トランジスタ群及び(4m+1)
個の第2導電型トランジスタ群について、 +(+)〔-1 -1+(-1
Bm-1)〔{……}〔2 2+(22){1 1
11IN}〕……〕〕 及び AmBm+(Am+Bm)〔Am-1Bm-1+(Am-1
Bm-1)〔{……}〔A2B2+(A2+B2){A1B1
(A1+B1)CIN}〕……〕〕 なる理論式で表わされるスイツチ網をそれぞれ形
成し、上記第1導電型トランジスタ群で構成した
スイツチ網の一端に電源の一端部を接続し、上記
第2導電型トランジスタ群で構成したスイツチ網
の一端に上記電源の他端部を接続し、それぞれの
スイツチ網の他端部を互いに接続し該接続端を相
補型インバータの入力に接続し、該インバータの
出力を桁上げ信号とすることを特徴とする。
To achieve this objective, the carry lookahead circuit of the present invention combines two m-bit binary numbers (m≧2) a= ni=
1 Ai2 i-1 , b= ni=1 Bi2 In the parallel addition of i-1 and the carry input C IN from the lower order, (4m+1)
first conductivity type transistor group and (4m+1)
For the second conductivity type transistor group, +(+)[ -1 -1 +( -1 +
Bm -1 ) [{...}[ 2 2 + ( 2 + 2 ) { 1 1 +
( 1 + 1 ) IN }]...]] and AmBm+(Am+Bm)[Am -1 Bm -1 +(Am -1 +
Bm -1 ) [{...} [A 2 B 2 + (A 2 + B 2 ) {A 1 B 1 +
(A 1 +B 1 ) C IN }]...]] Forming a switch network expressed by the theoretical formula, connecting one end of the power supply to one end of the switch network constituted by the first conductivity type transistor group, Connecting the other end of the power supply to one end of the switch network constituted by the second conductivity type transistor group, connecting the other ends of the respective switch networks to each other, and connecting the connected end to the input of the complementary inverter, It is characterized in that the output of the inverter is used as a carry signal.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明す
る。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第3図は、本発明に係る桁上げ先見回路をたと
えばCMOS(相補型MOS)回路で構成したもので
ある。この第3図は、2進数3ビツトの並列加算
における桁上げ先見回路を示しており、A1乃至
A3及びB1乃至B3の3ビツト2進数の並列加算入
力と下位からの桁上げ入力CINとから桁上げ信号
出力COUT3を得るようなつている。この桁上げ信
号出力COUT3は、A1乃至A3及びB1乃至B3の加算入
力また桁上げ入力CINについて、次の式によつて
求めることができる。
FIG. 3 shows a carry look-ahead circuit according to the present invention constructed from, for example, a CMOS (complementary MOS) circuit. This figure 3 shows a carry look ahead circuit in parallel addition of 3 bits of binary number.
A carry signal output C OUT3 is obtained from a parallel addition input of 3-bit binary numbers A 3 and B 1 to B 3 and a carry input C IN from the lower order. This carry signal output C OUT3 can be determined by the following equation for the addition inputs and carry inputs C IN of A 1 to A 3 and B 1 to B 3 .

COUT3=A3B3+(A3+B3)〔A2B2+(A2+B2) {A1B1+(A1+B1)CIN}〕 ……(1) 上記先見回路はこの(1)式の機能をCMOSトラ
ンジスタによる相補型回路で実現したものであ
り、論理回路部150と相補型インバータ151
とにより構成されている。論理回路部150は、
第1導電型トランジスタである13個のたとえば
PMOS(PチヤンネルMOS)トランジスタ100
乃至112及び第2導電型トランジスタである13
個のたとえばNMOS(NチヤンネルMOS)トラ
ンジスタ114乃至126により構成されるよう
になつている。この個数13個は、並列加算入力が
3ビツト(m=3)であることにより、(4m+
1)の式により計算され、上記(1)式の右辺の13個
の演算要素数(A1,B1等の総個数)に対応する
ものである。また、上記相補型インバータ151
は、たとえばPMOSトランジスタ113及び
NMOSトランジスタ127により構成されてお
り、該インバータ151の出力端子より上記桁上
げ信号出力COUT3を得るようになつている。また、
VDDには正電源が接続され、VSSは接地されるよ
うになつている。このように上記桁上げ先見回路
は、PMOSトランジスタ100乃至113と
NMOSトランジスタ114乃至127について
まつたく対称な構成となつている。
C OUT3 = A 3 B 3 + (A 3 + B 3 ) [A 2 B 2 + (A 2 + B 2 ) {A 1 B 1 + (A 1 + B 1 ) C IN }] ...(1) The above look-ahead circuit The function of equation (1) is realized by a complementary circuit using CMOS transistors, and includes a logic circuit section 150 and a complementary inverter 151.
It is composed of. The logic circuit section 150 is
For example, 13 transistors of the first conductivity type
PMOS (P channel MOS) transistor 100
to 112 and 13 which is a second conductivity type transistor
For example, the device is constructed of NMOS (N channel MOS) transistors 114 to 126. This number of 13 is due to the fact that the parallel addition input is 3 bits (m=3).
It is calculated by the equation (1) and corresponds to the 13 calculation elements (total number of A 1 , B 1 , etc.) on the right side of the equation (1) above. In addition, the complementary inverter 151
For example, PMOS transistor 113 and
It is composed of an NMOS transistor 127, and the carry signal output COUT3 is obtained from the output terminal of the inverter 151. Also,
A positive power supply is connected to V DD , and V SS is grounded. In this way, the above carry look-ahead circuit connects the PMOS transistors 100 to 113.
The NMOS transistors 114 to 127 have a completely symmetrical configuration.

次に、上記桁上げ先見回路の動作原理の説明を
行なう。以下の説明では、VDDを論理1としVSS
を論理0とする正論理を用いるものとする。上記
論理回路部150において、VDD端と上記インバ
ータ151の前段であるOUT3節点が導通状態す
なわちOUT3の論理が1となる入力条件は、 OUT33 3+(33)〔2 2+(22
) {1 1+(11IN}〕 =3 333)〔2 2+(22) {1 1+(11)(IN}〕 を算出してゆくことにより、 OUT33 3+(33)〔2 2+(22
) {1 B1 +(11IN}〕 ……(2) となる。一方VSS端と上記OUT3節点が導通状態す
なわちOUT3が論理0となる入力条件は、 COUT=A3B3+(A3+B3)〔A2B2+(A2+B2) {A1B1+(A1+B1)CIN}〕 ……(3) である。この(2)式及び(3)式における入力信号の値
のすべての組合せを図示すると、第4図のベツチ
図表に示すようになり、第4図aは(2)式の条件を
示し第4図bは(3)式の条件を示している。このベ
ツチ図表から明らかなように、上記(2)式の状態と
(3)式の状態が重なるような入力の組合せはなく、
この(2)式と(3)式はそれぞれ相反の関係になつてい
る。上記先見回路においては、上記PMOSトラ
ンジスタ100乃至112のトランジスタ群が、
上記(2)式の論理式を実現するようなスイツチ網を
形成しており、このスイツチ網の一端130に電
源の一端部であるVDDが接続されている。また、
上記NMOSトランジスタ114乃至126のト
ランジスタ群は、上記(3)式の論理式を実現するよ
うなスイツチ網を形成しており、このスイツチ網
の一端131に電源の他端部であるVSSが接続さ
れるようになつている。また、それぞれのスイツ
チ網の他端部132,133を互いに接続し該接
続端すなわち上記OUT3節点を相補型インバータ
151の入力に接続するようになつている。ここ
で、それぞれのスイツチ網と上記論理式の対応を
説明すれば、PMOSトランジスタ群と(2)式につ
いて、11の論理和すなわち(11)が並
列接続されたトランジスタ104,103で行な
われている。すなわち、トランジスタ104,1
03がそれぞれ個別のスイツチを形成するように
なつている。また、(11)とINの論理積す
なわち(11INは、トランジスタ104,
103の並列回路とトランジスタ102が直列接
続されることで行なわれるようになつている。ま
た、1 1は直列接続されたトランジスタ100,
101で行なわれ、これらと上記トランジスタ1
04,103,102が並列接続されることで
1 1+(11IN}の操作が行なわれてい
る。また、これらのトランジスタ群と(22
を行なうために並列接続されたトランジスタ10
6,105とが直列接続されることで(22
1 1+(11IN}の操作が行なわれるよ
うになつている。以下同様にして、PMOSトラ
ンジスタ群100乃至112と(2)式に示される論
理式が対応し、該トランジスタ群100乃至11
2がスイツチ網を形成するようになつている。
NMOSトランジスタ群114乃至126と(3)式
で示される論理式との対応も同様である。
Next, the principle of operation of the carry look-ahead circuit will be explained. In the following explanation, V DD is assumed to be logic 1 and V SS
Assume that positive logic is used where is logic 0. In the logic circuit section 150, the input condition where the V DD terminal and the OUT3 node, which is the previous stage of the inverter 151, are in a conductive state, that is, the logic of OUT3 is 1, is OUT3 = 3 3 + ( 3 + 3 ) [ 2 2 + ( 2 + 2
) { 1 1 + ( 1 + 1 ) IN }] = 3 33 + 3 ) [ 2 2 + ( 2 + 2 ) { 1 1 + ( 1 + 1 ) ( IN }] By calculating , OUT3 = 3 3 + ( 3 + 3 ) [ 2 2 + ( 2 + 2
) { 1 B 1 + ( 1 + 1 ) IN }] ...(2) becomes. On the other hand, the input condition where the V SS terminal and the above OUT3 node are in a conductive state, that is, OUT3 becomes logic 0, is C OUT = A 3 B 3 + (A 3 + B 3 ) [A 2 B 2 + (A 2 + B 2 ) {A 1 B 1 + (A 1 + B 1 ) C IN }] ...(3). If all the combinations of input signal values in equations (2) and (3) are illustrated, it will be as shown in the Betsch chart in Figure 4, and Figure 4a shows the conditions for equation (2) and the 4th Figure b shows the conditions for equation (3). As is clear from this Betsch diagram, the state of equation (2) above and
There are no combinations of inputs that cause the states of equation (3) to overlap,
These equations (2) and (3) are in a contradictory relationship. In the above-mentioned look-ahead circuit, the transistor group of the above-mentioned PMOS transistors 100 to 112 is
A switch network is formed to realize the logical formula (2) above, and one end 130 of this switch network is connected to VDD , which is one end of the power supply. Also,
The transistor group of the NMOS transistors 114 to 126 forms a switch network that realizes the logical formula (3) above, and one end 131 of this switch network is connected to the other end of the power supply, VSS . It is becoming more and more common. Further, the other ends 132 and 133 of each switch network are connected to each other, and the connecting end, that is, the above-mentioned OUT3 node is connected to the input of the complementary inverter 151. Here, to explain the correspondence between each switch network and the above logical formula, for the PMOS transistor group and equation (2), the logical sum of 1 and 1 , that is ( 1 + 1 ), is the transistors 104 and 103 connected in parallel. It is being done. That is, transistor 104,1
03 each form an individual switch. Also, the logical product of ( 1 + 1 ) and IN, that is, ( 1 + 1 ) IN , is the transistor 104,
This is done by connecting the parallel circuit 103 and the transistor 102 in series. In addition, 1 1 is a transistor 100 connected in series,
101, and these and the transistor 1
04, 103, and 102 are connected in parallel to perform the operation { 1 1 + ( 1 + 1 ) IN }. Also, these transistor groups and ( 2 + 2 )
Transistors 10 connected in parallel to perform
6,105 are connected in series ( 2 + 2 )
The operation { 1 1 + ( 1 + 1 ) IN } is now performed. Similarly, the logical expression shown in equation (2) corresponds to the PMOS transistor groups 100 to 112, and the transistor groups 100 to 11 correspond to each other.
2 to form a switch network.
The same holds true for the correspondence between the NMOS transistor groups 114 to 126 and the logical formula shown in equation (3).

このように上記桁上げ先見回路は、電源VDD
接地VSS間に直流経路を作ることなくOUT3節点に
上記(1)式の反転の信号OUT3を得ることができる
ようになつている。すなわち上記先見回路におい
て、上記(1)式を前述の従来例で示したような通常
のCMOS回路で構成した場合とまつたく同様の
機能が得られるようになつている。
In this way, the carry look-ahead circuit is able to obtain the inverted signal OUT3 of the above formula (1) at the OUT3 node without creating a DC path between the power supply V DD and the ground V SS . That is, in the above-mentioned look-ahead circuit, it is possible to obtain exactly the same function as when the above-mentioned formula (1) is configured with a normal CMOS circuit as shown in the above-mentioned conventional example.

多ビツト並列加算においてその演算速度を決め
ているのは最下位桁から最上位桁への桁上げ速度
であり、上記桁上げ先見回路において桁上げ入力
CINが桁上げ信号出力COUT3の送出を決定する速度
である。上記論理回路部150について考えれ
ば、桁上げ入力CINについて桁上げ信号出力の反
OUT3が論理1となる入力の条件は、たとえば
CIN,B1,B2,B3が論理0となり、A1,A2,A3
が論理1となる場合などである。また、桁上げ入
力CINについてOUT3が論理0となる入力条件は、
たとえばCIN,B1,B2,B3が論理1となり、A1
A2,A3が論理0となる場合などである。OUT3
論理1となる場合について考えれば、この場合の
充放電経路は、第3図において放電経路が
PMOSトランジスタ群内の節点aから節点c、
節点fを経過しOUT3節点へ向う経路となつてい
るが、放電動作は充電動作に比べて速度が遅くな
ることはない。また、動作速度の遅い充電動作に
ついてこの時のNMOSトランジスタ群内の充電
経路を考えれば、節点g,i,jはトランジスタ
126,124,118がオフしており充電され
るこことはなく、節点h,k,lは論理積接続さ
れたトランジスタの中間の節点であるため、ソー
スまたはドレインによる拡散容量は極めて少なく
なつており充電動作であつても速度が遅くなるこ
とはない。また、論理回路部150の構成の単純
さによりほとんどの節点容量が極めて小さく速度
を遅くすることはなく、さらに上記相補型インバ
ータ151は負荷駆動能力の大きなインバータで
あることにより、上記桁上げ先見回路の動作速度
を高速にすることが可能となつている。なお、上
記3ビツトの桁上げ先見回路についてビツト当り
の遅延時間は、順次桁上げ(全加回路の桁上げ)
の場合の半分以下になることがシユミレーシヨン
により確認されている。
In multi-bit parallel addition, the calculation speed is determined by the carry speed from the least significant digit to the most significant digit, and the carry input in the carry look ahead circuit
C IN is the speed at which the carry signal output C OUT3 is determined to be sent. Considering the above logic circuit section 150, the input conditions for the carry input C IN such that the inverted carry signal output OUT3 becomes logic 1 are, for example.
C IN , B 1 , B 2 , B 3 become logic 0, and A 1 , A 2 , A 3
This is the case when the logic becomes 1. Also, the input conditions for OUT3 to be logic 0 for carry input C IN are:
For example, C IN , B 1 , B 2 , B 3 become logic 1, and A 1 ,
This is the case when A 2 and A 3 are logical 0. Considering the case where OUT3 becomes logic 1, the charging and discharging path in this case is as shown in Figure 3.
From node a to node c in the PMOS transistor group,
Although the path passes through the node f and goes to the OUT3 node, the speed of the discharging operation is not slower than that of the charging operation. In addition, considering the charging path within the NMOS transistor group at this time regarding charging operation with a slow operating speed, nodes g, i, and j are not charged because transistors 126, 124, and 118 are off, but are connected to nodes g, i, and j. Since h, k, and l are intermediate nodes of AND-connected transistors, the diffusion capacitance due to the source or drain is extremely small, and the charging speed does not slow down even during charging operation. Further, due to the simple configuration of the logic circuit section 150, most of the node capacitances are extremely small so that the speed will not be slowed down, and since the complementary inverter 151 is an inverter with a large load driving ability, the carry look-ahead circuit It has become possible to increase the operating speed of Note that the delay time per bit for the above 3-bit carry look-ahead circuit is as follows:
It has been confirmed by simulation that this is less than half of the case.

以上、3ビツト毎の桁上げ信号COUT3を作り出
すための先見回路について述べたが、2つのmビ
ツト2進数(m≧2)a=ni=1 Ai2i-1,b=ni=1 Bii-1
及び下位から桁上げ入力CINについての並列加算
における桁上げ信号を得るための桁上げ先見回路
は、第1導電型トランジスタである(4m+1)
個のたとえばPMOSトランジスタ群と第2導電
型トランジスタである(4m+1)個のたとえば
NMOSトランジスタ群と相補型インバータとに
より構成すればよい。このときPMOSトランジ
スタ群は、 +(+)〔-1 -1+(-1
-1)〔{……}〔2 2+(22){1 1
+(11IN}〕……〕〕 で表わされる論理式のスイツチ網を形成するよう
になつている。またNMOSトランジスタ群につ
いては、 AmBm+(Am+Bm)〔Am-1Bm-1+(Am-1
+Bm-1)〔{……}〔A2B2+(A2+B2){A1B1
+(A1+B1)CIN}〕…〕〕 の論理式で表わされるスイツチ網を形成するよう
になつている。このように、本発明は2ビツト以
上なら何ビツトについてもその桁上げ先見回路を
実現することができる。
Above, we have described the look-ahead circuit for generating the carry signal C OUT3 for every 3 bits. Two m-bit binary numbers (m≧2) a= ni=1 Ai2 i-1 , b= ni =1 Bi i-1
The carry look-ahead circuit for obtaining the carry signal in parallel addition for the carry input C IN from the lower order is the first conductivity type transistor (4m+1)
For example, a group of PMOS transistors and (4m+1) transistors of the second conductivity type.
It may be configured by a group of NMOS transistors and a complementary inverter. At this time, the PMOS transistor group is + (+) [ -1 -1 + ( -1
+ -1 ) [{...}[ 2 2 + ( 2 + 2 ) { 1 1
+ ( 1 + 1 ) IN }〕...〕〕 A switch network of the logical formula is formed. Regarding the NMOS transistor group, AmBm + (Am + Bm) [Am -1 Bm -1 + (Am -1
+Bm -1 ) [{...}[A 2 B 2 + (A 2 +B 2 ) {A 1 B 1
+(A 1 +B 1 )C IN }]...]] A switch network is formed which is expressed by the following logical formula. In this way, the present invention can realize a carry look-ahead circuit for any number of bits of 2 or more.

ここで、2つの4ビツト2進数A1乃至A4とB1
乃至B4及び桁上げ入力CINより桁上げ信号出力
COUT4を得ることができる4ビツト毎の桁上げ先
見回路を第5図について説明する。4ビツトの場
合の桁上げ信号COUT4は、次の論理式で与えられ
る。
Here, two 4-bit binary numbers A 1 to A 4 and B 1
Carry signal output from B 4 and carry input C IN
A carry look-ahead circuit every 4 bits that can obtain C OUT4 will be explained with reference to FIG. The carry signal COUT4 in the case of 4 bits is given by the following logical formula.

COUT4A4B4+(A4+B4〔A3B3+(A3+B3) 〔A2B2+(A2+B2){A1B1+(A1
B1) CIN}〕〕 ……(4) この式(4)式で表わされる論理式を(1)式と比較する
と、(1)式にアンダーラインの項を付加えた形とな
つている。また、このアンダーラインの項は4ビ
ツトの先見回路の第5図に示す破線部分の回路2
00に対応するようになつている。このように、
本発明による桁上げ先見回路は拡張性を有してお
り、集積回路化の際にはプロセスパラメータある
いはレイアウトパターンに応じて最適のビツト数
で構成することが可能となつている。また、第5
図に示す4ビツト毎の桁上げ先見回路とを比較す
ると、本発明の回路は極めて簡単な構成となつて
いる。また素子数においても、第2図の論理回路
をPMOS負荷によるレシオ回路で構成した場合
の52素子に対し、第5図に示す先見回路では36素
子に減少しており素子数が少なく素子間の配線が
単純となりコスト的にも有利となつている。ま
た、本発明の桁上げ先見回路は電源接地間の直流
経路を持たない構成となつており、消費電力を極
めて少なくすることが可能である。
C OUT4 = A 4 B 4 + (A 4 + B 4 ) [A 3 B 3 + (A 3 + B 3 ) [A 2 B 2 + (A 2 + B 2 ) {A 1 B 1 + (A 1 +
B 1 ) C IN }]] …(4) Comparing the logical expression expressed by equation (4) with equation (1), we find that it is in the form of equation (1) with an underlined term added. There is. Also, this underlined term corresponds to circuit 2 of the broken line portion shown in FIG. 5 of the 4-bit look-ahead circuit.
00. in this way,
The carry look-ahead circuit according to the present invention has expandability, and when integrated into a circuit, it can be constructed with an optimal number of bits depending on process parameters or layout patterns. Also, the fifth
When compared with the carry look ahead circuit for every 4 bits shown in the figure, the circuit of the present invention has an extremely simple structure. In addition, the number of elements is reduced to 36 elements in the look-ahead circuit shown in Figure 5, compared to 52 elements when the logic circuit in Figure 2 is configured with a ratio circuit using a PMOS load. The wiring becomes simple and it is advantageous in terms of cost. Further, the carry look-ahead circuit of the present invention has a structure that does not have a direct current path between the power source and the ground, making it possible to extremely reduce power consumption.

第6図は、第1図に示す10ビツトの並列加算回
路の桁上げ先見回路部を第5図に示す桁上げ先見
回路で置換えた10ビツトの並列加算回路の構成を
示している。この第6図は簡単のためにトランジ
スタを〇印で示し、ゲート電極への信号線は破線
で表わしている。
FIG. 6 shows the configuration of a 10-bit parallel adder circuit in which the carry look-ahead circuit section of the 10-bit parallel adder circuit shown in FIG. 1 is replaced with the carry look-ahead circuit shown in FIG. In FIG. 6, for simplicity, the transistors are indicated by circles, and the signal lines to the gate electrodes are indicated by broken lines.

このように本発明による桁上げ先見回路は、回
路構成の単純さにより高速な動作速度を有してお
り、該先見回路を用いてたとえば並列乗算器を構
成すれば、高速な並列乗算を行なうことができ
る。また、上記先見回路は拡張性を有していると
ともに少ない素子数で構成することができ、素子
間の配線が単純となり低コストで該先見回路の実
現が可能である。また、電源接地間の直流経路を
持たないため極めて消費電力の少ない桁上げ先見
回路である。
As described above, the carry look-ahead circuit according to the present invention has a high operating speed due to the simple circuit configuration, and if a parallel multiplier is configured using the look-ahead circuit, high-speed parallel multiplication can be performed. I can do it. Further, the above-mentioned look-ahead circuit has expandability and can be configured with a small number of elements, and the wiring between elements is simple, making it possible to realize the look-ahead circuit at low cost. Furthermore, since it does not have a DC path between the power supply and ground, it is a carry look-ahead circuit with extremely low power consumption.

なお、上記桁上げ先見回路をCMOSトランジ
スタで構成するのではなく、バイポーラトランジ
スタ等で構成するようにしてもよい。
Note that the carry look-ahead circuit may not be constructed from CMOS transistors, but may be constructed from bipolar transistors or the like.

〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、多ビツト2進数並列加算における桁上げ先見
回路を、桁上げ信号出力を求める論理式通り相補
型回路で実現し、この相補型回路の出力を相補型
インバータに入力することにより該インバータよ
り桁上げ信号出力を得るようにしている。したが
つて、回路構成が単純でありたとえばCMOSト
ランジスタにより上記先見回路を構成しても高速
な動作速度を実現することができる。また、少な
い素子数により構成されているので素子間の配線
が単純であり、コスト的にも有利である。また、
電源接地間の直流経路を持たないため極めて少な
い消費電力となつている。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, a carry look-ahead circuit in multi-bit binary parallel addition is realized by a complementary circuit according to a logical formula for outputting a carry signal, and this By inputting the output of the complementary circuit to a complementary inverter, a carry signal output is obtained from the inverter. Therefore, the circuit configuration is simple, and high operating speed can be achieved even if the look-ahead circuit is configured with, for example, a CMOS transistor. Furthermore, since it is constructed with a small number of elements, wiring between the elements is simple, which is advantageous in terms of cost. Also,
Since there is no DC path between the power supply and ground, power consumption is extremely low.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の桁上げ先見回路を示す10ビツト
の並列加算回路図、第2図は従来の他の桁上げ先
見回路図、第3図は本発明による3ビツトの桁上
げ先見回路図、第4図は上記3ビツトの桁上げ先
見回路の動作原理を説明するベツチ図表を示す
図、第5図は本発明による4ビツトの桁上げ先見
回路図、第6図は本発明による4ビツトの桁上げ
先見回路により構成される10ビツトの並列加算回
路図である。 102乃至113……PMOSトランジスタ、
114乃至127……NMOSトランジスタ、1
50……論理回路部、151……相補型インバー
タ。
FIG. 1 is a 10-bit parallel addition circuit diagram showing a conventional carry look-ahead circuit, FIG. 2 is a diagram of another conventional carry look-ahead circuit, and FIG. 3 is a 3-bit carry look-ahead circuit diagram according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a Betsch chart explaining the operating principle of the above-mentioned 3-bit carry look-ahead circuit, FIG. 5 is a diagram of a 4-bit carry look-ahead circuit according to the present invention, and FIG. FIG. 2 is a diagram of a 10-bit parallel addition circuit composed of a carry look-ahead circuit. 102 to 113...PMOS transistors,
114 to 127...NMOS transistor, 1
50...Logic circuit section, 151...Complementary inverter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 2つのmビツト2進数(m≧2)a=ni=1
Ai2i-1,b=ni=1 Bi2i-1及び下位からの桁上げ入力
CINについての並列加算において、(4m+1)個
の第1導電型トランジスタ群及び(4m+1)個
の第2導電型トランジスタ群について、 +(+)〔-1 -1+(-1
Bm-1)〔{……}〔2 2+(22){1 1
11IN}〕……〕〕 及び AmBm+(Am+Bm)〔Am-1Bm-1+(Am-1
Bm-1)〔{……}〔A2B2+(A2+B2){A1B1
(A1+B1)CIN}〕……〕〕 なる理論式で表わされるスイツチ網をそれぞれ形
成し、上記第1導電型トランジスタ群で構成した
スイツチ網の一端に電源の一端部を接続し、上記
第2導電型トランジスタ群で構成したスイツチ網
の一端に上記電源の他端部を接続し、それぞれの
スイツチ網の他端部を互いに接続し該接続端を相
補型インバータの入力に接続し、該インバータの
出力を桁上げ信号とすることを特徴とする桁上げ
先見回路。
[Claims] 1 Two m-bit binary numbers (m≧2) a= ni=1
Ai2 i-1 , b= ni=1 Bi2 i-1 and carry input from lower order
In parallel addition for C IN , for (4m+1) first conductivity type transistor groups and (4m+1) second conductivity type transistor groups, +(+)[ -1 -1 +( -1 +
Bm -1 ) [{...}[ 2 2 + ( 2 + 2 ) { 1 1 +
( 1 + 1 ) IN }]...]] and AmBm+(Am+Bm)[Am -1 Bm -1 +(Am -1 +
Bm -1 ) [{...} [A 2 B 2 + (A 2 + B 2 ) {A 1 B 1 +
(A 1 +B 1 ) C IN }]...]] Forming a switch network expressed by the theoretical formula, connecting one end of the power supply to one end of the switch network constituted by the first conductivity type transistor group, Connecting the other end of the power supply to one end of the switch network constituted by the second conductivity type transistor group, connecting the other ends of the respective switch networks to each other, and connecting the connected end to the input of the complementary inverter, A carry look-ahead circuit characterized in that the output of the inverter is used as a carry signal.
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