基于量子元胞自动机的同或门分析与设计

发布时间：2020-11-03 20:52

　　 从世界上第一个晶体管问世,电子技术行业由此开始,随着集成电路的大规模发展,出现了以CMOS器件为核心的集成电路技术,此后集成电路产业朝着迅猛的方向发展,摩尔定律也一直预言着集成电路产业的发展。由摩尔定律知道,每18至20个月,集成电路可容纳器件的数目会翻一番。随着集成芯片制造工艺的不断进步,电路的集成度也在不断升高,这就使得集成电路尺寸越来越小。集成电路尺寸不断缩小会导致器件本身的物理性质发生根本变化,高功耗、高密度、信号串扰等问题是制约着集成电路的发展的一大障碍。因此关于能够取代CMOS新型器件的研发一直是科研工作者孜孜不倦探索的夙愿。由此纳米器件才得以问世,而在众多纳米器件中,1993年提出的量子元胞自动机(Quantum-dot Cellular Automata,QCA)是众多能够替代CMOS器件中的一种。QCA以一种全新的计算模式和特别的转换二进制信息而得以广泛研究。QCA电路研究的关键在于稳定性和功耗,本文致力于QCA电路的分析和设计。在提出同或门逻辑电路方面,利用概率转移矩阵去估算电路的稳定性,在QCA特有的功耗分析软件中分析同或门电路的能量耗散,从而准确的分析和评估出同或门在实现组合电路的可行性,结合QCA电路的设计规则和QCA同或门本身特殊的结构,以三输入同或门为模块实现了数值比较器,虽然面积和延迟优势不明显但在复杂度上,比前人设计的最优一字节数值比较器上优化了22.2%,最优三字节优化了40.18%。以五输入的同或门设计了进位传送加法器和奇偶校验器,进位传送加法器电路结构简单,易于扩展.四位奇偶校验器比前人所设计的,虽然面积和复杂度优势不明显,但在延迟上减少了28.6%,因此,本文所提出基于五输入同或门实现奇偶校验器的理念是可行的。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN432
【部分图文】：

第二章 QCA 基础知识,2,12112 i jk jjiii jk jjiE PPE P 迭代法，可以计算出元胞系统的稳定状态。具体的假设，即除靶元胞以外的其它元胞的极化率均为的极化率；然后逐个将剩下的其他元胞作为靶元所有元胞都处在极化状态下，即元胞的状态不再改临近元胞 k(元胞 k 为驱动元胞)，且元胞 k 在元胞响应函数就可计算出，其图形如图 2.7 所示。

图 3. 1 CD4077 集成电路图Fig 3.1 The diagram of CD4077中，同或门的研究尚且较少，目前仅有文的探讨，本文依据经典电路的逻辑表达式 QCA 固有的设计理论，设计了五种同或输入模块，如表 3.1 所示。由于五输入择入择多门模块为理念设计了两种同或门模的同或门分别在可靠性，能耗和 QCA ，通过比较后得出一种最优的同或门模块等。下面将一一介绍这几种分析方法。表门模块。或门

图 3.2 同或门经典电路图Fig 3.2 The diagram of classic circuit for XNORF M ( M ( A, 0, B) ,1, M ( A, 0, B))FoutAB图 3. 3 同或门 QCA 电路图Fig 3.3 The diagram of XNOR for QCA
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 杨晓阔;蔡理;黄宏图;;基于量子元胞自动机的奇偶校验系统分块设计[J];固体电子学研究与进展;2010年04期

2 林明通;余峰;张志林;;氧化锌基薄膜晶体管最新研究进展[J];光电子技术;2008年04期

本文编号：2869083