基于QCA的邏輯線路設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著大規(guī)模集成電路特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，集成電路的能量耗散問題已經(jīng)成為了電子工業(yè)發(fā)展的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。目前，微電子器件的集成度每18個(gè)月翻一番，這就是人們所熟知的摩爾定律；而事實(shí)上，當(dāng)集成電路的線寬繼續(xù)縮小，摩爾定律將會(huì)失效，當(dāng)集成電路線寬小于0.1微米時(shí)，量子效應(yīng)開始影響電子的正常運(yùn)動(dòng)；研究結(jié)果表明，晶體管的尺寸將達(dá)到它的物理極限。正因如此，1993年Lent等人提出新型的不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的器件：量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)（QCA）。量子細(xì)胞

2、自動(dòng)機(jī)提供了一種新型的信息處理方法，與傳統(tǒng)的電子線路不同，量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)傳輸信息是通過庫(kù)倫定律而非電壓電平；而且基于量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的電路具有高集成度、低功耗和高速度等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其研究受到廣泛重視。
　　本文在分析量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)邏輯特性和現(xiàn)存線路設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，主要完成以下研究工作：
　?。?）基于量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的組合邏輯線路設(shè)計(jì)
　　利用量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的基本特性——量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的邏輯門和QCA線可以用于實(shí)現(xiàn)組合邏

3、輯電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了很多經(jīng)典組合邏輯線路的設(shè)計(jì)如：全加法器、減法器、譯碼器、編碼器。同時(shí)，本文對(duì)前人設(shè)計(jì)的一比特全加法器線路進(jìn)行優(yōu)化，提出了一種新的一比特全加法器設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，這種線路布局方法無論從元胞數(shù)量，門數(shù)量，線路中的穿越數(shù)都優(yōu)于前人的設(shè)計(jì)；此外，還提出了一種2-4譯碼器的設(shè)計(jì)方法，巧妙地避免了QCA線路中的穿越數(shù)。這種設(shè)計(jì)方法對(duì)量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)如何對(duì)邏輯線路進(jìn)行優(yōu)化布局有一定的促進(jìn)作用。
　?。?）基于量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)