收藏本站
《浙江大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于RTD的通用逻辑单元设计及其应用

韦一  
【摘要】:自从上世纪60年代以来,集成电路(IC)产业一直按照摩尔定律所预计的方式高速发展着,现在已成为国民经济中重要的组成部分。然而,随着工艺尺寸的不断缩小,集成度越来越高,互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺正面临着诸多物理瓶颈,如热耗散问题、短沟道效应和量子力学效应等。同时,纳米电子器件,包括单晶体管、共振隧穿二极管(RTD)等,将会成为后CMOS时期集成电路的重要技术之一。 共振隧穿二极管是利用共振隧穿效应制造的高速二端器件,也是目前唯一能够使用常规IC技术设计和制造的纳米电子器件。它具有工作频率高、速度快、电路功耗低、负内阻和自锁等特性,广泛应用于高速低功耗电路设计中。同时,通用逻辑单元作为一种可编程逻辑电路,具有实现功能丰富、设计灵活等特点,是构成大规模集成电路的单元模块。RTD器件因为其特性,非常适合于设计通用逻辑单元。因此,提出有效的RTD通用逻辑单元电路结构和设计方法成为共振隧穿二极管研究领域的重要内容之一 在本文中,首先将谱技术应用到RTD电路设计中,用以区分阈值函数和非阈值函数。根据谱系数在阈值函数中的分布情况,结合单双稳态转换逻辑电路(MOBILE),设计了三变量特征阈值逻辑门和通用阈值逻辑门电路。特征阂值逻辑门具有电路结构简单,输入权值统一,输入端数目较少等特点。而通用阈值逻辑门增加了单个门电路的逻辑功能,通过输入的不同连接方法,三变量通用阈值逻辑门可以实现任意三变量阈值逻辑函数。在通用阈值逻辑门的基础上,提出了三变量逻辑函数分解算法。通过此算法可以将三变量函数变换为多个阈值函数之或的形式,并用提出的三变量通用阈值逻辑门实现。与传统综合方法比较,通过新综合算法得到的电路网络深度更小,使用的门电路数目更少。对于多变量逻辑函数,可以采用现有工具将其变换为三变量逻辑函数表达式,然后采用本文设计的算法实现。模拟结果表明设计的三变量通用阈值逻辑门电路具有正确的逻辑功能。 本文分析了RTD器件在可编程逻辑电路设计中的优势,并提出了基于RTD的可编程逻辑门电路。此电路结构简单、实现电路功能丰富,且具有负权值输入和可变阈值。同时,设计了基于可编程RTD逻辑门的三层电路网络,及相应实现逻辑函数的综合算法。通过此网络和算法可以使用可编程RTD逻辑门实现任意n变量逻辑函数,且设计过程简便,得到的电路具有简单的结构、固定的电路级数和较少的元器件数目等特点。HSPICE模拟表明设计的RTD可编程逻辑门电路具有正确的逻辑功能。 全加器作为数字电路设计中的重要计算单元之一,其性能影响着系统的整体性能。同时,全加器也是一种通用逻辑单元,使用多个全加器电路可以实现任意逻辑函数。本文分析了一位全加器的函数表达式,提出了基于RTD器件的三模块全加器结构,并设计了多个模块电路。通过对于各个模块电路的不同组合,提出了4种全新的RTD一位全加器电路。同时基于新的RTD全加器电路设计了多位行波进位加法器。HSPICE仿真结果显示与已有电路比较,新设计的两款RTD全加器FA GG和FA GM具有较低的平均功率,特别是FA GG在一位RTD全加器比较中降低了15.7%-36.2%的功率;而在多位行波加法器比较中,FA GG构成的8位加法器的功率降低了5.5.%-13.1%。 将RTD应用于多值逻辑电路设计中,能够有效地改善二值电路目前遇到的诸如元件数目过多、连线多等问题。本文详细分析了多值逻辑RTD电路设计中的基本结构一一多值单稳态一多稳态转换逻辑电路(MMLE)。根据MMLE不同的初始配置,首次提出了三种运算及相关性质。在此基础上,提出了三值RTD电路通用结构和三值逻辑电路设计方法。通过此结构和方法设计三值电路,具有设计过程方便,得到的电路结构简单等特点,且可以应用到二值函数的RTD电路设计中。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN402

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张元安;;用于高品质电视的逻辑单元[J];电子技术;1987年12期
2 王建林,刘忠立;RTD高频等效电路的研究及应用现状[J];电子器件;2003年01期
3 华陈权 ,任旭虎;XTR系列集成变送电路在一体化温度变送器中的应用[J];国外电子元器件;2003年04期
4 王革思;张勇;何煜;李萌;;一种新的正交直接数字频率合成器设计方案[J];微电子学;2010年02期
5 朱靖华,姚江峰;结构通用分析程序SAP 95的数据结构及数据库管理系统[J];苏州城建环保学院学报;1998年03期
6 林弥,沈继忠,王林;基于开关序列的RTD多值反相器设计[J];浙江大学学报(理学版);2004年01期
7 范艳华;;数字电视中实现马赛克业务的探讨[J];有线电视技术;2007年03期
8 张斌,阮刚,薛乐川;单稳双稳态转变逻辑单元等效电路模型[J];半导体学报;1999年04期
9 朱勤伟;马赛克业务的原理与实现[J];电视技术;2004年06期
10 张竞强;;RTD+数字测深+Winsurf实现水下地形测量的自动化[J];地矿测绘;2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高天云;杨斌;孙章毅;秦华蔚;;抽水蓄能电站机组RTD常见故障原因分析及对策[A];抽水蓄能电站工程建设文集(2011)[C];2011年
2 高天云;杨斌;孙章毅;秦华蔚;;抽水蓄能电站机组RTD常见故障原因分析及对策[A];抽水蓄能电站工程建设文集2011[C];2011年
3 陈作琼;;巧用自动站RTD文件查找数据和分析异常数据[A];2008年广西气象学会学术年会论文集[C];2008年
4 胡新;;纳米尺度半导体器件的数值模拟[A];北京力学学会第12届学术年会论文摘要集[C];2006年
5 杨倩;任勇峰;沈三民;;基于Pspice的RTD等效模型及应用电路研究[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(一)[C];2008年
6 吴定邦;;堤防除险加固测量工程中水下测量方法初探[A];华东地区第十次测绘学术交流大会论文集[C];2007年
7 黎庶;刘勇;;一种高精度温度传感电路的设计[A];湖北省电工技术学会2004年学术年会论文集[C];2004年
8 颜雪松;时晨;李晖;乔永强;;探测器电路优化设计的演化算法研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第六届学术年会暨863计划“深空探测与空间实验技术”重大项目学术研讨会论文集[C];2009年
9 吴斌;;基于管控一体化技术的SIS安全仪表系统——DeltaV SIS在安全领域的应用[A];第七届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2006年
10 范竞往;翟晓飞;封化民;杨鼎才;方勇;;一种双层新闻逻辑单元分割框架[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者  李映 赵艳秋;FPGA 65nm技术竞赛开锣[N];中国电子报;2006年
2 易凡;Altera发售业界首款65nm低成本FPGA[N];电子资讯时报;2007年
3 本版编辑赵艳秋 Danny Biran Ivo Bolsens John East;FPGA:65nm器件上量 低功耗市场兴起[N];中国电子报;2007年
4 陈翔;揭密纳米计算[N];中国计算机报;2007年
5 赵艳秋;PLD在显示、汽车及便携产品中开拓新应用[N];中国电子报;2008年
6 ;虚拟化 给企业备份注入新思路[N];计算机世界;2008年
7 李响;惠普纳米技术延长摩尔定律寿命[N];计算机世界;2007年
8 Nelson Nahum;自动精简配置技术:解决磁盘空间浪费的良药[N];网络世界;2007年
9 赵艳秋冯晓伟;Altera:抢占FPGA工艺制程高地[N];中国电子报;2008年
10 记者  李映;FPGA蚕食DSP与MCU市场 软核之争升级[N];中国电子报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韦一;基于RTD的通用逻辑单元设计及其应用[D];浙江大学;2011年
2 林弥;基于共振隧穿器件RTD的二值和三值电路研究与设计[D];浙江大学;2010年
3 宋瑞良;共振隧穿器件的研制及模拟研究[D];天津大学;2009年
4 高海霞;基于SRAM技术的现场可编程门阵列器件设计技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
5 乐大珩;抗功耗攻击的密码芯片电路级防护关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
6 于宝东;用于物理综合的布线估计算法[D];华中科技大学;2006年
7 陈苑锋;FPGA评估系统布局布线模块设计[D];复旦大学;2006年
8 吴洋;基于布尔可满足性的电路设计错误诊断[D];复旦大学;2006年
9 覃章健;基于FPGA的便携式数字核谱仪研制[D];成都理工大学;2008年
10 黄建;入侵检测系统中字符串匹配算法与实现[D];华中科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙金银;基于时序等价性检查的组合逻辑单元软错误可靠性分析[D];国防科学技术大学;2011年
2 高士咏;忆阻器/RTD混合结构细胞神经网络及应用[D];西南大学;2012年
3 刘显秋;单元模型的集成研究[D];石油化工科学研究院;2001年
4 邵赟;含宏模块生成和处理的FPGA数字序列匹配逻辑单元映射算法的研究[D];复旦大学;2010年
5 姜楠;轻质生物陶粒流化床脱氮效能的试验研究[D];吉林大学;2006年
6 王杰;GaAs基共振隧穿二极管的材料结构研究[D];中北大学;2011年
7 薛善红;CDMA边界硬切换网络优化分析[D];山东大学;2008年
8 陈侃;车间制造过程信息化中的资源管理方法研究及应用系统开发[D];重庆大学;2008年
9 张勇;正交直接数字频率合成器的研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王宇庆;基于DVI接口的数字视频信号传输技术研究[D];吉林大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026