融合STDP规则的忆阻联想记忆电路

脉冲时序依赖可塑性规则和联想记忆规则共同描述了神经元突触的可塑性,对生物的学习和遗忘有重要的影响。现有的脉冲时序依赖可塑性规则与忆阻器结合的相关研究,仅实现了联想记忆的学习功能。基于此,融合脉冲时序依赖可塑性规则设计了一种新的忆阻联想记忆电路。首先,分析脉冲时序依赖可塑性规则和联想记忆规则之间的联系;接着,设计一种具备延时功能的模块,融合两种规则;进一步,结合模块设计了一种忆阻联想记忆电路,实现了学习和三种遗忘功能;最后,通过PSPICE仿真验证了学习和三种遗忘功能,以及所提出方案的有效性。     

基于MOS-NDR负阻器件的D触发器设计

负阻器件由于在电流 电压特性曲线中表现出独特的负微分电阻特性,从而大大增加了单个器件所能实现的逻辑功能.如果将其用于数字逻辑电路设计,尤其是触发器的设计,可有效减少器件的数目.通过分析CMOS工艺负阻器件MOS-NDR及单双稳态转换逻辑单元MOBILE的工作特性,设计了一个时钟上升沿触发的D触发器.采用TSMC 0.18 μm工艺对所设计的电路进行HSPICE仿真,仿真结果表明所设计的电路具有正确的逻辑功能.与基于MOS-NDR负阻器件的同类触发器相比,新设计的D触发器具有更稳健的输出和较强的抗干扰能力     

基于互连线电容耦合的SR锁存电路研究

通过对线间电容耦合模型的研究, 提出了一种基于互连线电容耦合的SR锁存电路设计方案. 该方案首先分析互连线间电容耦合关系, 利用MOS管栅极电容模拟互连线电容; 然后利用电容耦合结构与线计算特性, 设计或非逻辑门电路, 在此基础上实现基于互连线电容耦合的SR锁存电路; 最后在TSMC 65nm Spectre环境下仿真验证. 结果表明 所设计的电路逻辑功能正 确, 且具有低硬件开销特性.     

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.     

Al2O3忆阻器中氧空位对阻值转换性能的影响研究

忆阻器能够在外加电压下实现高阻态与低阻态的转换,在存储器件及仿神经网络计算等方面有着重要的应用。本文通过在Si衬底上制备得到Pt-Al2O3-Pt的金属-绝缘层-金属结构的忆阻器器件,研究了氧空位对阻值转换性能的影响。利用原子层沉积技术工艺控制生长不同氧空位浓度的Al2O3薄膜,测量并比较其Ⅰ—Ⅴ循环曲线,发现仅有在氧空位浓度较高情况下忆阻器才能够实现在高阻态和低阻态之间的转换。本文实验结果表明氧空位对于实现阻值转换性能有着重要的影响,对生长制备忆阻器器件有着重要意义。     

基于单稳态定时偏差的高识别性PUF电路设计

通过对单稳态电路定时偏差和物理不可克隆函数(physical unclonable functions,PUF)电路的研究,提出了一种基于单稳态定时偏差的高识别性PUF电路设计方案.首先,分析单稳态定时电路的自我标识物理特性,提出长定时单稳态电路设计方法;然后,利用该单稳态电路产生的定时偏差信号以及激励信号控制数据选择器选择2个定时偏差信号,结合仲裁器判决唯一的、不可克隆的输出响应.采用TSMC 65nm CMOS工艺,在不同环境下对设计的PUF电路进行Monte Carlo仿真,分析其识别性、可靠性等特性.实验结果显示,所设计的PUF电路识别性可达99.82%,且误码率为2.7%.     

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RTD的三变量特征阈值逻辑门及通用阈值逻辑门设计

单双稳态转换逻辑单元（MOBILE）能够充分发挥共振隧穿二极管（RTD）的负内阻和快速开关转换特性,且由MOBILE构成的电路能方便地实现阈值逻辑功能。利用谱技术将三变量阈值函数分为3类;结合阈值逻辑电路的特点,分别对三变量特征阈值函数和34个具有代表性的阈值函数进行分析和比较;设计了基于RTD的新型三变量特征阈值逻辑门及通用阈值逻辑门。通过HSPICE仿真和功耗测试,验证了所设计的电路不仅具有正确的逻辑功能,而且有效减小了电路面积、降低了功耗和成本。     

基于近似逻辑的不完全指定FPRM函数的功耗优化

基于精确逻辑的逻辑综合和优化方法已有广泛的研究. 但有时并非需要精确逻辑, 从而可利用这种特性进行关键指标的综合和优化. 本文提出了基于近似逻辑的不完全指定固定极性Reed-Muller (Incompletely Specified Fixed Polarity RM, ISFPRM)逻辑函数的逻辑优化方法. 首先建立基于二级逻辑的功耗估算模型和近似电路的设计效能评估模型, 然后提出基于近似逻辑的ISFPRM函数的优化算法, 并用遗传算法加以实现. 所提算法应用于MCNC标准电路进行测试, 结果表明在一定的面积约束下, 电路每增加1%的误差率获得12%~18%的功耗优化     

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%.     

基于模拟退火遗传算法的三值FPRM电路功耗优化

在三值FPRM(Fixed-Polarity Reed-Muller)逻辑函数中,n变量函数有3ⁿ个固定极性.针对不同极性下FPRM电路功耗不同的特点,研究了三值FPRM逻辑表达式,提出一种基于模拟退火遗传算法的三值FPRM电路功耗优化方法.首先,根据三值逻辑函数表达式和开关信号传递理论,建立三值FPRM电路功耗估计模型;再利用模拟退火遗传算法对三值FPRM电路进行功耗最佳极性搜索,得到了功耗最低的FPRM电路;最后对13个MCNC Benchmark电路进行仿真.结果表明:与0极性相比,搜索到的最佳极性功耗平均节省了73.98%.     

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.     

基于电路三要素理论的四值同步可逆计数器设计

通过对电路三要素（信号、网络和负载）理论和五值代数理论的研究,提出了四值D触发器的元件级结构设计方案．根据可逆计数器的功能特性,采用该四值D触发器设计了具有复位功能的四值同步可逆计数器．PSPICE模拟验证所设计的电路具有正确的逻辑功能．     

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%.     

基于绝热多米诺逻辑的三值移位寄存器设计

通过对三值移位寄存器和绝热多米诺电路的研究,提出了一种具有左移右移并入并出功能的三值绝热多米诺移位寄存器的设计方案.首先根据开关信号理论设计了具有复位功能的三值绝热多米诺D触发器,实现寄存器移位寄存功能;然后设计了具有数据选择功能的T运算电路,此电路具有3种切换功能;最后在此基础上进一步设计了4位三值绝热多米诺移位寄存器,实现三值绝热多米诺移位寄存器的级联.经HSPICE仿真验证,所设计的电路具有正确的逻辑功能及显著的低功耗特性.     

基于和图的电流型CMOS三变量通用逻辑门设计

电流型电路具有高速、低功耗、带宽、设计方便、直观、易于实现多值逻辑电路等优点。阈算术代数系统的提出为电流型电路的设计提供了更符合电流信号运算特点的系统方法,而和图是将逻辑函数转化为阈算术函数的图形表示方法。本文在谱技术的基础上,提出了一种新的和图与谱系数图的转换方法,设计了一种基于和图的电流型CMOS三变量通用逻辑门,即三变量特征阈值逻辑门,可实现任意的三变量阈值函数。