基于线计算的全加器设计

随着集成电路特征尺寸的不断缩小, 互连线在芯片内部占的比重越来越大, 但是互连线仅用于数据传输, 芯片计算能力仍然需要依靠晶体管开关实现. 如何在有限的硬件资源内进一步提高芯片的计算能力, 已经成为当前集成电路设计的核心问题. 本文通过研究金属互连线间电容耦合效应, 采用互连线串扰现象完成逻辑运算的思想, 提出一种基于线计算的全加器设计方案. 该方案首先建立线计算模型, 通过调整反相器阈值和不同干扰线与受扰线之间电容耦合强度匹配技术, 采用相同线计算电路结构实现不同功能的逻辑门电路; 然后, 在逻辑门的基础上实现基于线计算的全加器; 最后, 在TSMC 65nm CMOS工艺下仿真验证. 结果表明, 所设计的线计算电路具有正确逻辑功能, 与传统设计方法相比, 线计算逻辑门具有更低开销, 且线计算电路具有抗逆向工程能力.     

基于忆阻器的SIMON轮函数电路设计

忆阻器由磁通量、电荷、电压、电流之间关系对称性推导得出, 被认为是继电阻、电容、电感之后的第四大无源元件, 具有记忆功能和非易失性等特点. 通过对忆阻器工作原理和电路模型的研究, 提出了基于忆阻器的SIMON轮函数电路设计方案. 该方案首先分析忆阻器模型结构和SIMON算法, 设计基于忆阻器的与、或、非门电路; 并在此基础上实现基于忆阻器的SIMON轮函数电路, 利用忆阻器的非易失性特性实现断点记忆功能; 最后在Cadence Virtuoso环境下, 仿真验证所设计电路的断电保存功能. 与传统CMOS电路比较, 基于忆阻器的SIMON轮函数电路减少了27.8%的元器件数量, 低功耗特性明显.     

基于RTD和HEMT的D触发器设计

共振隧穿二极管(RTD)作为一种新的量子器件和纳米电子器件,具有负内阻、电路功耗低、工作频率高、双稳态和自锁等特性,可突破CMOS工艺尺寸的物理极限,在数字集成电路领域有更为广阔的发展空间.针对RTD的特性,采用3个RTD串联的单双稳态转换逻辑单元(MOBILE)和类SR锁存器,设计了基于RTD和HEMT(高电子迁移率晶体管)的D触发器.较于其他研究的D触发器,该D触发器能有效降低电路的器件数量和复杂度,且能抗S、R信号的延时差异干扰,具有更稳健的输出.     

多功能计数锁存译码驱动显示电路

本文提出了一种新颖的多功能计数锁存译码驱动显示电路的设计,分析了该电路的逻辑原理、功能、特点及应用。     

基于钟控神经MOS管的多值双边沿D触发器设计

通过对钟控神经MOS管特性和冗余抑制技术的研究,提出了一种新型多值双边沿D触发器的设计方案．该方案利用钟控神经MOS管多输入栅加权信号控制、浮栅上的电容耦合效应及具有对浮栅进行初始化并将数据保存在浮栅上等特性,实现D触发器的多值输出．与传统触发器相比较,此多值触发器不但减少时钟冗余信号,降低电路功耗,提高电路效率,而且无需改变电路的结构就可实现不同基的多值D触发器．最后,采用0．25μm CMOS工艺,利用PSPICE模拟验证了所设计的电路具有正确的逻辑功能,并与相同功能多值D触发器比较,多值双边沿D触发器具有明显的低功耗特性．     

基于CNFET的三值脉冲型移位寄存器设计

通过对碳纳米场效应晶体管(Carbon Nanotube Field Effect Transistor,CNFET)多阈值特性和多值逻辑原理的研究,结合移位寄存器设计方法,提出基于CNFET的具有左移右移并入并出功能的三值脉冲型移位寄存器设计方案.该方案首先利用开关信号理论和CNFET特性设计三值D触发器;然后设计三值T运算电路,并实现数据选择器逻辑功能;最后,在此基础上设计基于CNFET的三值脉冲型移位寄存器.经实验验证,所设计的电路输出稳定,具有正确的逻辑功能,且与CMOS低功耗移位寄存器相比,功耗延时积(Power-Delay Product)降低76.7%.     

基于RTD的新型D锁存器设计

共振隧穿二极管（RTD）作为一种较成熟的量子器件,具有独特的负内阻特性,由RTD组成的单双稳态转换逻辑单元（MOBILE）能够很好地利用该特性进行数字电路设计.基于MOBILE,设计了一种新的RTD输出控制电路.该电路的优点是将RTD的正向和反向电流电压特性相结合,无须使用面积较大的三端器件,电路设计较便捷.采用RTD输出控制电路和HEMT器件,设计了一种新的D锁存器.该D锁存器采用高电平偏置电压,不仅可使MOBILE获得需要的高电平触发方式,而且电路具有自锁特性.HSPICE仿真实验证明,该D锁存器不仅电路结构简单,而且功耗低、速度快.     

基于CNFET的三值脉冲式D触发器设计

通过对脉冲式时序电路的研究,利用多值开关信号理论,设计基于碳纳米场效应晶体管的单边沿和双边沿三值脉冲式D触发器.该方案利用CNFET高速低功耗特征,结合多值逻辑电路的开关运算,简化函数表达式,优化电路结构,减少晶体管数量,达到了降低功耗的目的.经过HSPICE仿真结果表明,所设计的三值脉冲式D触发器具有正确的逻辑功能和低功耗特性.     

三值绝热多米诺T运算电路设计

通过对多值逻辑和绝热多米诺电路工作原理及结构的研究,提出三值绝热多米诺T运算电路的设计方案.该方案首先将三值T运算定义与三值文字运算相结合,得到基于文字运算的T运算定义式;然后以开关信号理论为指导,推导出逻辑0与逻辑2选通电路的开关级表达式,并利用文字运算互斥互补关系,得到逻辑1选通电路的开关级表达式;最后根据这些表达式进一步实现了三值绝热多米诺T运算电路.经HSPICE仿真验证,该电路具有正确的逻辑功能及低功耗特性.     

基于量子细胞自动机的三变量通用阈值逻辑门电路实现

新型纳米器件量子细胞自动机(QCA)是新一代电子器件强有力的竞争者.与CMOS相比,其组成的电路具有低功耗、高集成度和高速等优点.而与神经元结构功能相似的通用阈值逻辑门具有较强的逻辑功能.在介绍QCA结构、工作原理、逻辑器件以及三变量通用阈值逻辑门的基础上,提出了双输出三变量通用阈值逻辑门的QCA电路实现方案.通过设计实例展示了基于双输出三变量QCA通用阈值逻辑门的查表设计方法.利用双输出三变量QCA通用阈值逻辑门可实现3变量全部256个逻辑函数.设计的QCA电路均用QCA Designer软件进行了仿真模拟.结果表明所设计的电路具有正确的逻辑功能.     

基于阈算术代数系统的ECL触发器设计#br# #br# 基于阈算术代数系统的ECL触发器设计

针对ECL触发器设计中存在电路结构复杂、设计过程繁琐等不足,在分析ECL电路特点和阈算术代数系统的基础上,设计出一种ECL算术运算单元电路,进而提出了基于阈算术代数系统的ECL触发器的设计方法,具体设计了ECL二值主从型D触发器、ECL三值D锁存器以及ECL三值T触发器置数单元.采用TSMC 0.18 μm工艺参数对所设计的电路进行HSPICE模拟,结果显示,所设计的电路具有正确的逻辑功能和良好的瞬态特性,验证了本方法的正确性.与以往的ECL触发器电路相比,本方法设计的ECL触发器电路结构有所简化,运用和图方法,使得设计更加简单、直观有效.特别是在较复杂电路设计时,本方法更显优势,电路结构更为简单,所用晶体管数量更少.     

基于状态转换图的555单稳态触发器设计方法

提出555时基电路的输出信号与输入信号之间具有时序特征.根据反映时序特征的状态转换图及单稳态触发器的工作特点,系统地研究了555单稳态触发器的设计方法,分析了外加触发信号的输入方式、电平幅度、持续时间要求、RC电路定时单元的接法及电容的充放电过程,并发现了一些新的设计方案.Multisim仿真及实际硬件验证证明了所提出设计方案的正确性.     

基本触发器、单稳态电路及多谐振荡器的统一设计和教学方法研究

针对一般教科书缺乏对基本触发器、单稳态电路及多谐振荡器设计方法的论述问题,从电路存储信号需求出发,研究了基本触发器、单稳态电路及多谐振荡器间的内在联系,发现通过在基本触发器的支路中接入电容,由电容的充放电实现单稳态电路及多谐振荡器,从而提出了基本触发器、单稳态电路及多谐振荡器的统一设计方法,并在课堂上讲授。这不仅有利于学生学习和掌握这3种电路的设计方法,深入理解这3种电路的工作原理,而且可培养学生探索事物本质及其内在联系的能力。     

一种针对软错误的流水线电路加固方案

针对纳米级工艺下瞬态故障引发的软错误可能造成电路失效这一问题,提出一种容软错误的流水线电路加固方案.该方案面向软错误的主要诱因——单事件翻转(single event upset,SEU),利用新型的容错结构锁存器(radiation hardened by design latch,RHBDL),构造高可靠性的触发器RHBD-DFF,对电路中原始时序单元进行加固,同时对流水线电路进行了软错率理论分析.考虑到加固所带来的附加开销,采取选择性加固的策略,对电路中的关键时序单元进行加固.实验结果表明,基于开销限制前提的选择性加固,能够达到以低开销代价换取高容错性能的目的.     

基于CNFET的低功耗三值门电路设计

通过对碳纳米场效应晶体管(Carbon Nanotube Field Effect Transistor,CNFET)的研究,提出一种基于CNFET的低功耗三值门电路设计方案.该方案在分析CNFET结构及其不同尺寸的碳纳米管对应于不同阈值电压特性的基础上,以多值逻辑理论为指导,设计基于CNFET的三值反相器、与非门、或非门等单元门电路,最后利用HSPICE对所设计的电路进行仿真.结果表明:所设计电路具有正确的逻辑功能,与传统三值门电路相比,三值CNFET门电路平均传输速度提高52.7%,平均能耗节省54.9%.     

基于RTD可编程逻辑门的数字电路3层网络综合算法

随着集成电路的不断发展,CMOS器件的工艺逐渐达到其物理设计极限,研究新器件和新设计方法成为集成电路继续发展的必经之路. 阈值逻辑门因具有强大的逻辑功能而备受关注,共振隧穿二极管（RTD）因其负阻特性在设计阈值逻辑门时更具优势. 由于阈值逻辑门与二进制神经元模型有相似之处,因此可用神经网络模型实现逻辑函数,从而为电路设计提供新的思路. 对基于RTD可编程逻辑门的3层网络算法中的隐层综合算法进行了改进,提出采用汉明距离最大优先覆盖的方法对真向量进行覆盖,从而提高了真向量的覆盖效率,减少了隐层函数个数,并采用真假向量标记的方法简化了隐层综合算法.提出的算法比原隐层综合算法简单,进一步简化了基于RTD可编程逻辑门实现n变量函数的电路.