基于量子元胞自动机容错反相器的设计

分析了由线、反相器、扇出、择多逻辑门等量子元胞自动机组成的基本电路在工艺制造过程中可能存在的故障,基于块择多逻辑门的冗余结构设计思想,设计出具有容错能力的量子元胞自动机反相器,最后利用QCADesigner软件对位于不同输入输出点的极化值进行了仿真研究和验证。结果表明,所设计的反相器结构对称,输入与输出方式多样性,对元胞位移故障和元胞缺陷故障具有较好的容错能力,这将对构成更复杂的大规模QCA集成电路容错的研究具有一定的借鉴意义。     

量子元胞自动机共面五输入择多门结构的分析与设计

量子元胞自动机（Quantum-dot Cellular Automata,QCA）是一种具有新型计算范式的纳米器件,它是未来有望替代传统CMOS器件的有力竞争者之一.本文首先从QCA器件的功耗角度出发,对影响半径为41nm的QCA共面系统中元胞的耦合度进行建模,根据元胞之间的位置关系构造QCA门结构模型,据此对现有的共面五输入择多门进行分类,通过性能分析总结其结构特点,以此设计出一个新的低功耗五输入择多门,测试结果表明该结构功耗最低且其他性能也相对较优.另外,为验证所提出五输入择多门在电路中的性能,本文选择MR Azghadi全加器设计了一款共面QCA全加器,与同类加法器相比性能也最优.     

基于量子元胞自动机的逻辑电路

简述了量子元胞自动机 (QCA)的理论及其逻辑电路的实现方式。每个量子元胞包含两个电子 ,它们通过库仑相互作用与邻近元胞耦合。每个量子元胞上的电荷分布趋于沿两垂直轴的某一轴向分布 ,可以以此来表达二进制信息。用这些量子元胞的阵列来实现各种逻辑门     

量子元胞自动机全加器的布尔差分测试法

根据布尔差分测试法的基本原理以及量子元胞自动机(QCA)的缺陷特性,提出一种适用于QCA的测试方法。以QCA 1位全加器为例,采用QCA Designer软件,验证该方法的有效性与可行性,并与Tahoori等人提出的QCA电路测试法进行比较。结果表明,新设计的布尔差分测试法具有高故障覆盖率和易测性等优点,对未来复杂QCA电路的测试有一定的借鉴作用。     

量子元胞自动机全加器的性能分析与设计

作为一种新型的纳米器件,量子元胞自动机（Quantum-dot cellular automata,QCA）有望取代传统CMOS器件.本文总结了目前已提出的三种全加器（Full Adder,FA）架构,通过概率转移矩阵（Probabilistic Transfer Matrix,PTM）分析找出其中最稳定的架构,进一步地,利用这三种全加器分别构建串行加法器,并从复杂度、不可逆功耗、成本等方面进行比较,结果发现性能最优的全加器架构为MR Azghadi FA.随后,选择该架构提出了一种针对全加器的新型逻辑门和共面QCA全加器电路,并应用此全加器设计了多位串行加法器,经对比分析表明,本文所提出的全加器电路在面积、元胞数和功耗等方面均有较大改进,且具有很好的扩展性.     

两点量子元胞自动机逻辑电路设计与仿真

择多逻辑门和反相器是量子元胞自动机(QCA)逻辑电路的基本组件。设计了两点量子元胞自动机(两点QCA)的传输线、择多逻辑门和反相器等基本逻辑器件。通过仅在信号沿竖直方向传递需要取反时用到水平放置元胞的设计,使电路布局更加紧凑。利用这些基本逻辑器件完成了一位数值比较器电路的设计。基于两点QCA系统的半经典模型,利用遗传模拟退火法对电路功能进行了仿真。仿真结果显示,两点QCA同样能够有效实现传统四点QCA的功能,而其所需的电子数和量子点数均减少了32.1%,电路集成度提高了49.4%。     

基于改进五输入择多门的QCA全加器设计及应用

量子元胞自动机(Quantum-dot cellular automata,QCA)是一种新兴的纳米技术.本文基于改进的五输入择多门,设计出一个全加器,在保持正确逻辑功能的基础上较以往的全加器有一定优势.应用该全加器设计加法器和乘法器,结果表明在某些性能上有显著提高.     

基于量子元胞自动机的新型同或门结构设计北大核心

由于互补金属氧化物半导体（CMOS）器件尺寸的限制,量子元胞自动机（QCA）成为有望替代CMOS的新兴纳米器件。量子元胞自动机具有超低功耗、超高速度和高密度结构的潜在优势。提出了一种新型的同或门结构,在面积、延迟、复杂度及功耗方面相较于之前的结构均存在优势。所提出的新型同或门结构仅使用28个面积为0.02μm^2的QCA元胞,延迟仅为0.75个时钟周期。为了检验提出的设计在大型复杂QCA电路中的性能,实现了4,8和16位的奇偶校验器电路。模拟结果表明,所设计的电路性能各方面均优于先前的设计。     

基于量子元胞自动机的奇偶校验系统分块设计

量子元胞自动机(QCA)是一种纳米范围内不含晶体管的计算范例。基于QCA提出了QCA奇偶校验系统电路的分块设计方法。首先设计了异或门、奇偶判断单元,再运用分块设计思想构建了奇数产生电路和奇偶校验电路的结构,所设计的电路拥有尺寸极小和功耗极低等优点,QCADesigner软件仿真结果验证了设计的有效性。     

量子全加器构造的探讨

本文探讨了由Toffoli门和受控非门等量子逻辑门构成低位输入、低位输出的量子全加器的电路，并分析了该种量子全加器的变换操作。通过比较推导出有多位输入、多位输出量子全加器的电路组合规律．     

基于多数决定逻辑非门的低功耗全加器设计

全加器是算术运算的基本单元,提高一位全加器的性能是提高运算器性能的重要途径之一。首先提出多数决定逻辑非门的概念和电路设计,然后提出一种基于多数决定逻辑非门的全加器电路设计。该全加器仅由输入电容和CMOS反向器组成,较少的管子、工作于极低电源电压、短路电流的消除是该全加器的三个主要特征。对这种新的全加器,用PSpice进行了晶体管级模拟。结果显示,这种新的全加器能正确完成加法器的逻辑功能。     

一种基于多数决定门的新型全加器的设计

在对现有全加器电路研究分析的基础上,提出了一种基于低功耗XOR/XNOR电路和多数决定门的新型高性能全加器电路.多数决定门采用输入电容和静态CMOS反相器实现,降低了电路的功耗,提高了运算速度.采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺器件参数,对全加器进行Spectre仿真.结果表明,在2.4 V到0.8 V电源电压范围内,与已有的全加器相比,新全加器在功耗和延迟上都有较大程度的改进.     

量子全加器设计

量子全加器是量子计算机的基本单元,为了减少能耗,降低构造成本及物理实现难度,本文提出一种新型n位量子全加器,使用3n个CNOT（Controlled NOT）门和2n-1个Toffoli门实现n位量子加减法,采用超前进位方式,不含进位输入,通过最高溢出标志位判断加法的进位和减法的正负号,标志位不参与高低位计算,不增加电路延时,适合n位量子并行计算.随机生成4、8、16和32位数分别进行加减仿真操作,验证了全加器的正确性.该全加器量子代价较低,结构简单,有利于提高集成电路规模和集成度.     

基于混合忆阻器-CMOS逻辑的全加器电路优化设计

将一种电压阈值型压控双极性忆阻器模型与CMOS反相器进行混合设计,实现了"与"、"或"、"与非"、"或非"基本逻辑门。通过构建"异或"逻辑门新结构,提出一种基于混合忆阻器-CMOS逻辑的全加器电路优化设计方案。最后,分析忆阻器参数β,V_t,R_(on)和R_(off)对电路运算速度和输出信号衰减幅度的影响,研究了该优化设计的电路功能和特性,经验证模拟仿真结果与理论分析结果具有较好的一致性。研究结果表明:全加器优化设计结构更简单,版图面积更小,所需忆阻器数量减少22.2%,CMOS反相器数量减少50%;增大参数β值可提高运算速度,增大忆阻值比率R_(off)/R_(on)可减小逻辑输出信号衰减度。     

面向低功耗的全加器优化设计

在对现有全加器电路研究分析的基础上，提出了基于传输管逻辑的低功耗全加器。电路采用对称结构，平衡了电路延迟，消除了毛刺，降低了功耗。经PSPICE在0．24μm工艺下模拟仿真，与已发表的全加器电路的性能进行比较。测试结果表明，改进的新全加器功耗可减小77．5％，同时能耗也是最低的。     

量子三值全加器设计

量子多值加法器是构建量子多值计算机的基本模块.通过认真分析三元域上加法的运算规则及带进位加法的真值表,通过设置扩展三值Toffoli门的控制条件有效实现一位加法在各种情况下的进位,利用三值Feynman门实现一位加法的求和运算,由此设计出一位量子三值全加器,再利用进位线将各位量子全加器连接起来构造出n位量子三值全加器.与同类电路相比,此量子全加器所使用的辅助线及量子代价都有所减少.     

一种新型全加器结构的设计

全加器是算术运算的基本单元，设计结构简单的全加器有利于缩小数字自理芯片的面积。根据最新的ＸＯＲ门结构设计了一种新的全加器，这种结构的一位全加器只用２０只ＭＯＳ管，对这种新的全加器，用ＰＳＰＩＣＥ进行了晶体管级模拟。结果显示，这种新的全加器能正确完成加法器的逻辑功能。     

Scalability of Globally Asynchronous QCA (Quantum-Dot Cellular Automata) Adder Design

The concept of clocking for QCA, referred to as the four-phase clocking, is widely used. However, inherited characteristics of QCA, such as the way to hold state, the way to synchronize data flows, and the way to power QCA cells, make the design of QCA circuits quite different from VLSI and introduce a variety of new design challenges. The most severe challenges are due to the fact that the overall timing of a QCA circuit is mainly dependent upon its layout. This issue is commonly referred to as the “layout = timing” problem. To circumvent the problem, a novel self-timed circuit design technique referred to as the Locally Synchronous, globally asynchronous design for QCA has been recently proposed. The proposed technique can significantly reduce the layout–timing dependency from the global network of QCA devices in a circuit; therefore, considerably flexible QCA circuit design is be possible. Also, the proposed technique is more scalable in designing large-scale systems. Since a less number of cells is used, the overall area is smaller and the manufacturability is better. In this paper, numerous multi-bit adder designs are considered to demonstrate the layout efficiency and robustness of the proposed globally asynchronous QCA design technique.