单通道通讯模式异步流水线控制器

　　上述异步流水线控制器的正反向响应都只需要2次信号翻转，与GasP电路相比，减小了50％的正向响应信号翻转次数。同时在设计GasP电路中，必须小心选择晶体管的尺寸，以保证每一级门的延时完全一致。如果各门延时出现失配，GasP将不能正常工作。而本文提出的控制器由于产生信号Req＿out和Ack＿out不再共享同一电路，使得在节点L被拉高之前节点A不会被拉高，同样，在节点R被拉低之前节点B不会被拉低，这样就消除了门延时失配导致电路失效的情况。

　　3 准延时无关异步电路控制

　　为了实现准延时无关异步流水线，提出第2种控制器。图7给出高鲁棒性的单通道异步控制器，该控制器使用Muller C单元代替第1种控制器中的与非门。对于一个基本的2输入Muller C单元，当其输入都为高时输出为高，其输入都为低时输出为低，其他情况，输出保持不变，图7中所示的MullerC单元是带有互补输出的。

　　与第2节描述的第一个控制器类似，初始化以后，L、R和A为高电平，B为低电平，Muller C单元输出保持不变；一旦L节点被前一级电路设置成低电平，Muller C单元的输出将发生翻转，A节点变成低电平，B节点变成高电平；随后，L翻转成高电平，R变成低电平；当L为高，R为低以后，Muller C单元的两个输入都为低，Muller C单元将再次发生翻转，A节点为高，B节点为低，此时L和R节点浮空，该流水级处于等待前一级的请求信号和后一级的应答信号状态。

　　当L变低以后，该控制器需要经过3次信号转变才能将L恢复到高电平，同时，其前一级电路在检测到R为高后，同样需要3次信号转换才能将R节点变低。该控制器与GasP电路一样需要6次信号翻转来完成一个周期的操作，同样该控制器的正、反向响应时间也与GasP电路一致，分别为4次和2次信号转换。但是由于Muller C单元的逻辑努力要大于自复位与非门，因此该控制器在获得高鲁棒性的同时牺牲了一定的性能。

　　4 模拟结果

　　使用TSMC O．25 μm逻辑工艺库对文中的4个电路进行如下Hspice模拟：反相器的尺寸分别为Wp=1．4 μm，Wn＝0．6μm，其他逻辑门的尺寸选择以与反相器具有相同驱动能力为原则，输出级MOS的尺寸为反相器管子尺寸的两倍。在GasP电路中，自复位与非门中PMOS管尺寸为Wp＝2．8μm，STFB电路或非门中NMOS管的尺寸为Wn＝0．9μm。表l给出了4个控制器的模拟结果，

　　可以看出，与GasP电路相比，第1种控制器的正向响应时间减小了38．1％，而相对于STFB电路，第2种准延时无关控制器的吞吐率增加了15．3％。如果使用脉冲逻辑代替图5中的复杂逻辑门，第1种控制器将在具有和GasP电路几乎相同吞吐率的情况下，正向响应时间却仅为GasP电路的79．1％。

　　5 结 论

　　 本文提出了两种新型的基于单通道通讯协议的高速异步流水线控制器。第1种控制器正向只需要两次信号翻转，模拟结果显示其正向响应时间与最具有竞争性的GasP电路相比减少了38．1％，使用TSMCo．25μm的工艺库模拟，该电路可以工作在2．2GHz。同时，为进一步简化时序验证而提出的第2种使用Muller C门的QDI单通道异步流水线控制器，与流行的准延时无关电路STFB相比其面积代价大为减少，并且吞吐率提高了15．3％。