【摘 要】
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在当前基于CMOS的体系结构中,各种电路的性能已接近极限。因此科研人员在努力寻找和研究传统CMOS器件的可替代产品,其中新型纳米器件由于功耗低、尺寸小、计算速度快等优点,展现出了良好的发展前景。量子元胞自动机（QCA）是一种很有前途的纳米电子技术,具有运行稳定、速度极快和理论上超低能耗的特点。然而,没有可扩展和模块化的架构可以促进电路实现,限制了该技术的整体发展。有别于传统使用与或阵列的可编程逻辑
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在当前基于CMOS的体系结构中,各种电路的性能已接近极限。因此科研人员在努力寻找和研究传统CMOS器件的可替代产品,其中新型纳米器件由于功耗低、尺寸小、计算速度快等优点,展现出了良好的发展前景。量子元胞自动机（QCA）是一种很有前途的纳米电子技术,具有运行稳定、速度极快和理论上超低能耗的特点。然而,没有可扩展和模块化的架构可以促进电路实现,限制了该技术的整体发展。有别于传统使用与或阵列的可编程逻辑阵列（PLA）,本文提出了一种在QCA中使用交叉结构的PLA设计方法。PLA由多个可编程单元组成,其中择多门可以编程为与/或门,每个多数门后面的反相器将根据需要对输出进行反相。为了灵活调整每个可编程单元的逻辑状态,提出了可编程时钟方案和N位锁存器。因此,可以通过对PLA进行编程来任意实现电路。使用该PLA在QCA中设计、实现和仿真了全加器、2-1 MUX、4-1 MUX、D锁存器和一位存储器等五个电路。实验结果表明,所设计的电路能够正确、稳定地实现逻辑功能。在对PLA进行优化的过程中,我们利用QCA特有的时钟机制,实现了信号串行转并行的存储结构,从而提出了一种新颖的LUT和CLB结构。相比前人设计的先进的LUT,所提出的LUT省去了解码器,优化了LUT中存储单元结构。因此大大地减少了LUT在面积,元胞数的开销。并且所提出的LUT可扩展为16位、32位或者更高。为了验证上述电路的实用性,以Xilinx的XC4000现场可编程门阵列为例,设计了一个可配置逻辑块（CLB）。通过比较研究,所提出的CLB结构在面积,元胞数和延迟上同样更有优势。所提出的可编程电路在QCADesigner中进行设计与仿真。
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