QCA比较器设计与可靠性分析

摘要

随着芯片制造工艺的进步，器件的特征尺寸不断减小，以CMOS技术为代表的集成电路正在逐步接近其极限，人们迫切需要找到一种可以代替传统CMOS器件的新型器件，其中量子元胞自动机(QCA)是一种可以代替传统CMOS器件的新兴纳米电子器件。不同于传统CMOS电路利用电流传递二进制信息，QCA技术是利用元胞之间的库伦斥力来传递二进制信息的。
　　本论文在总结和研究了二输入比较器设计思想的基础上，采用了基于VLSI架构的脉动阵列的QCA二维改进时钟方案，同时选择基于旋转元胞的共面交叉这一特殊的电路互连方式，形成了三种基于QCA的三输入数值比较器的电路设计方案。最后用QCADesigner软件对所设计的三种QCA电路方案进行了电路仿真。其仿真结果表明，所设计的三种电路方案都具有正确的逻辑功能。该方案可以有效提高电路的并行计算能力以及处理二进制信息的数据流水线性质，其中选择共面交叉的电路互连则可以大大减少电路互连传输线的数量，以达到减少电路面积和时钟延迟的目的。
　　本论文利用概率转移矩阵(PTM)这种数学模型对前人提出的二输入数值比较器方案和本文提出的三输入数值比较器方案进行了电路可靠性分析，并得到了最终的PTM分析结果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 CMOS电路的极限

1．2 目前研究进展

1．3 研究内容以及章节安排

第二章 QCA基础知识

2．1 QCA元胞结构

2．2 QCA的量子力学理论基础

2．3 QCA电路时钟

2．4 QCA基本逻辑单元

2．5 交叉线

2．6 QCA电路设计的仿真软件

2．7 本章小结

第三章 基于QCA的二输入比较器设计与可靠性分析

3．1 一位二输入数值比较器

3．1．1 基于逻辑函数的1位二输入比较器设计

3．1．2 基于异或门的1位二输入比较器设计

3．1．3 基于同或门的1位二输入比较器设计

3．2 多位二输入数值比较器设计

3．3 一位二输入数值比较器的电路可靠性分析

3．3．1 概率转移矩阵

3．3．2 基于逻辑函数的1位二输入数值比较器可靠性分析

3．3．3 基于异或门的1位二输入数值比较器可靠性分析

3．3．4 基于同或门的1位二输入数值比较器可靠性分析

3．3．5 三种二输入比较器电路可靠性比较

3．4 本章小结

第四章 基于QCA的三输入比较器设计与可靠性分析

4．1．1 一层三输入比较器设计

4．1．2 改进的一层三输入数值比较器设计

4．1．3 二层三输入数值比较器设计

4．1．4 实验模拟及分析

4．2 基于QCA的三输入比较器可靠性分析

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况