Study and implementation of adiabatic logic for low-power integrated circuits

Este trabalho está inserido no ramo de microeletrônica, mais especificamente em circuitos integrados de baixo consumo. Trata-se de um campo importante visando diminuir o consumo de energia mundial, possibilitar a utilização de equipamentos com fonte de baterias por mais tempo e diminuir o custo de resfriamento de circuitos, além do consumo de energia do circuito propriamente dito. Existem diversos tipos de lógica que implementam circuitos integrados, sendo a lógica CMOS a mais utilizada por sua robustez, desempenho e eficiência. O tema do trabalho é a lógica adiabática, que tenta reaproveitar a energia descarregada do circuito, diminuindo o consumo. Há outras formas de conseguir diminuir o consumo do circuito como diminuir a tensão de alimentação, mas isso leva a diminuição de desempenho. Foram desenvolvidas nas últimas décadas diversas formas de implementação da lógica adiabática, criando-se várias famílias dessa lógica. Juntamente com essas famílias foram implementados circuitos de maior complexidade para comparação de consumo, sempre com vantagens em relação ao CMOS na tecnologia da época. Este trabalho está inserido no ramo de microeletrônica, mais especificamente em circuitos integrados de baixo consumo. Trata-se de um campo importante visando diminuir o consumo de energia mundial, possibilitar a utilização de equipamentos com fonte de baterias por mais tempo e diminuir o custo de resfriamento de circuitos, além do consumo de energia do circuito propriamente dito. Existem diversos tipos de lógica que implementam circuitos integrados, sendo a lógica CMOS a mais utilizada por sua robustez, desempenho e eficiência. O tema do trabalho é a lógica adiabática, que tenta reaproveitar a energia descarregada do circuito, diminuindo o consumo. Há outras formas de conseguir diminuir o consumo do circuito como diminuir a tensão de alimentação, mas isso leva a diminuição de desempenho. Foram desenvolvidas nas últimas décadas diversas formas de implementação da lógica adiabática, criando-se várias famílias dessa lógica. Juntamente com essas famílias foram implementados circuitos de maior complexidade para comparação de consumo, sempre com vantagens em relação ao CMOS na tecnologia da época.This work is inserted in the field of microelectronics, more specifically, low-power integrated circuits. It is an important branch that tries to decrease the world power consumption, enable the use of battery sourced gadgets for a longer time and decrease the costs of cooling circuits. There are several types of logic that implement integrated circuits, but CMOS logis is the most used for its strength, performance and efficiency. This work’s theme is adiabatic logic, which tries to recover the discharged energy of the circuit, decreasing power consumption. There are other ways to decrease power consumption in an integrated circuit like decrease the voltage, but it leads to performance loss. It has been developed in last decades several ways to implement adiabatic logic, creating lots of adiabatic logic families. Also it was developed more complex circuits for comparisons, always with several advantages over CMOS. Besides, there is an enterprise in Cambridge called Adiabatic Logic, which develops adiabatic logic buffers, decreasing a lot the power consumption. Using the electric simulator SpiceOpus and PTM transistor manufacturing process models, the studied adiabatic logic families are implemented and evaluated in this work the operation and power consumption of an inverter. There is also an evaluation of the possibility of layout creation for a standard cell library using symbolic layout for representation of the studied adiabatic logic families. In the end, there is a comparison of a full adder implementation between a CMOS circuit, a subthreshold operating CMOS circuit and an adiabatic circuit, analysing the results