基于QCA的逻辑线路设计与研究

发布时间：2022-12-17 16:10

　　随着大规模集成电路特别是超大规模集成电路的发展，集成电路的能量耗散问题已经成为了电子工业发展的一个巨大挑战。目前，微电子器件的集成度每18个月翻一番，这就是人们所熟知的摩尔定律；而事实上，当集成电路的线宽继续缩小，摩尔定律将会失效，当集成电路线宽小于0.1微米时，量子效应开始影响电子的正常运动；研究结果表明，晶体管的尺寸将达到它的物理极限。正因如此，1993年Lent等人提出新型的不同于传统结构的器件：量子细胞自动机（QCA）。量子细胞自动机提供了一种新型的信息处理方法，与传统的电子线路不同，量子细胞自动机传输信息是通过库伦定律而非电压电平；而且基于量子细胞自动机实现的电路具有高集成度、低功耗和高速度等优点，对其研究受到广泛重视。 本文在分析量子细胞自动机逻辑特性和现存线路设计方法的基础上，主要完成以下研究工作： （1）基于量子细胞自动机的组合逻辑线路设计 利用量子细胞自动机的基本特性——量子细胞自动机的逻辑门和QCA线可以用于实现组合逻辑电路设计，实现了很多经典组合逻辑线路的设计如：全加法器、减法器、译码器、编码器。同时，本文对前人设计的一比特全加法器线路进行优化，... 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 QCA 简介
    1.3 本文的研究内容和论文结构
第二章 量子细胞自动机的基本理论
    2.1 QCA 元胞
    2.2 QCA 线路
    2.3 常见的 QCA 电路单元
        2.3.1 直线阵列线、直角阵列、扇形阵列线
        2.3.2 反相器
        2.3.3 多数逻辑门、可编程与/或门
    2.4 量子细胞自动机的线路穿越
    2.5 量子细胞自动机的物理实现方法
    2.6 量子细胞自动机技术的一些主要问题分析
        2.6.1 单电子故障
        2.6.2 共面、异面穿越时常出错
        2.6.3 制作工艺上的缺陷
    2.7 量子细胞自动机的仿真方法
    2.8 本章小结
第三章 量子细胞自动机仿真软件 QCADesinger
    3.1 QCADesigner 简介
    3.2 仿真引擎
        3.2.1 数字仿真引擎
        3.2.2 非线性逼近仿真引擎
        3.2.3 双态仿真引擎
    3.3 QCADesigner 信号时钟
    3.4 QCADesinger 仿真基本电路单元
    3.5 本章小结
第四章 量子细胞自动机组合逻辑线路设计
    4.1 QCA 组合逻辑设计方法
    4.2 全加法器实现
        4.2.1 一比特全加法器的设计
        4.2.2 二比特全加法器的设计
        4.2.3 超前进位半加法器的设计
    4.3 减法器的设计
    4.4 2-4 译码器的设计
    4.5 编码器的设计
        4.5.1 4-2 编码器的设计
        4.5.2 8-3 编码器的设计
        4.5.3 BCD 编码器的设计
    4.6 本章小结
第五章 量子细胞自动机时序逻辑线路设计
    5.1 RS 触发器和 D 触发器的设计
        5.1.1 RS 触发器的设计
        5.1.2 D 触发器的设计
    5.2 用 Fredkin 门实现时序逻辑电路
        5.2.1 Fredkin 门介绍及设计
        5.2.2 用 Fredkin 设计 D 触发器
        5.2.3 用 Fredkin 设计其他触发器
    5.3 四比特移位寄存器设计
    5.4 小结
第六章 总结
    6.1 主要工作回顾
    6.2 本课题今后需进一步研究的地方
参考文献
个人简历 在读期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于量子细胞自动机的数值比较器设计[J]. 夏银水,裘科名.  电子与信息学报. 2009(06)
[2]量子细胞自动机及其仿真方法实现[J]. 王森,蔡理,刘河潮.  微电子学与计算机. 2004(08)
[3]基于量子元胞自动机的逻辑电路[J]. 何红波,周继承,胡慧芳,李义兵.  固体电子学研究与进展. 2001(03)



本文编号：3720238