基于RTD的通用逻辑门设计及函数综合

发布时间：2018-04-02 02:00

本文选题：共振隧穿二极管　切入点：通用逻辑门　出处：《杭州师范大学》2015年硕士论文

【摘要】：自从20世纪60年代集成电路诞生以来,集成电路(IC)产业一直遵循摩尔定律快速发展着,现已成为国民经济的重要组成部分。随着集成电路的集成度越来越高,工艺设计尺寸不断减小,传统的互补金属氧化物半导体(CMOS)设计工艺逐渐逼近其物理极限,出现短沟道效应、热耗散和量子力学效应等问题。另一方面,共振隧穿二极管是目前唯一能使用常规IC技术制造的纳米电子器件,它因具有独特的负阻特性、工作频率高、电路功耗低和自锁等优点广受人们关注,并可能成为下一代VLSI设计的主要元器件。同时,通用逻辑门作为一种可编程逻辑电路,能实现强大的逻辑功能并且设计灵活,是构成大规模集成电路的一种单元模块。RTD器件因为其负阻特性,非常适合于设计通用逻辑门。因此,设计基于RTD的通用逻辑门和提出相应的函数综合算法成为共振隧穿二极管研究领域的重要内容之一。本文首先对基于RTD的可编程通用逻辑单元RTD-PLG实现任意逻辑函数的三层电路网络结构进行了研究,提出了新的基于RTD-PLG的三层电路网络结构的任意逻辑函数综合算法。提出的算法采用汉明距离最大优先覆盖的方法对真向量进行覆盖,采用真假向量标记的方法对基于RTD-PLG的逻辑函数网络结构中的隐层函数进行了优化,提高了真向量的覆盖效率,减少了隐层函数的个数,使基于RTD可编程逻辑门RTD-PLG实现n变量函数的电路得到进一步简化。其次提出了三变量非阈值函数的分解算法,对所有三变量非阈值函数除两个特殊非阈值函数外,其他非阈值函数均可分解成两个阈值函数异或的形式。由此,在基于RTD的通用阈值逻辑门UTLG的基础上,设计出由两个UTLG和一个基于RTD的三变量异或门XOR3组成的三变量通用逻辑门ULG3。设计的ULG3电路结构简单,并能用单一的ULG3实现所有的三变量函数,且实现方法简单。ULG3可作为一种新的通用门用于实现任意n变量函数。最后提出了基于三变量通用逻辑门ULG3、三变量通用阈值逻辑门UTLG和三变量异或门XOR3的逻辑电路通用结构和n变量函数综合算法。首先通过对函数非相交分解算法的分析,提出了真值矩阵的概念,并提出一种运用真值矩阵分解任意n变量逻辑函数的非相交分解算法,提出的算法可将任意n变量逻辑函数分解成3变量子集函数;在此基础上提出基于ULG3的电路通用结构和基于ULG3、UTLG和XOR3的函数综合算法,当n变量逻辑函数为可直接非相交分解函数时实现的电路将十分简单,当n变量逻辑函数为不可直接非相交分解函数时实现的电路比用单一的UTLG或ULG3实现n变量逻辑函数的电路简单。而当n变量逻辑函数用提出的非相交分解算法分解后得到的子函数过多时实现的电路会很复杂,于是进一步提出了实现此类函数的RM分解算法,并结合两种算法的优势提出基于ULG3、UTLG和XOR3的改进的函数综合算法。这一研究为基于RTD的通用逻辑门实现任意逻辑函数提供了新的综合算法。
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【学位授予单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN791

【参考文献】