【摘 要】
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随着互补金属氧化物半导体晶体管（Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS）的特征尺寸不断缩小,集成电路产业将面临更多挑战。量子元胞自动机（QuantumDot Cellular Automata,QCA）作为多种纳米器件之一,有着高集成度,低时延,低能量耗散的特点,是最可能替代传统CMOS器件的候选者之一。QCA的基本组成器件为多数逻辑门和反相器,然
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随着互补金属氧化物半导体晶体管（Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS）的特征尺寸不断缩小,集成电路产业将面临更多挑战。量子元胞自动机（QuantumDot Cellular Automata,QCA）作为多种纳米器件之一,有着高集成度,低时延,低能量耗散的特点,是最可能替代传统CMOS器件的候选者之一。QCA的基本组成器件为多数逻辑门和反相器,然而有研究发现加入异或逻辑门（Exclusive-OR,XOR）能使电路表达式更加紧凑。算术电路中,异或门往往充当着重要的作用。本文通过对十进制全加器表达式的优化,设计出两种不同类型的电路。一种是基于RCA（Ripple Carry Adder）的十进制全加器,一种是基于并行BCD（Binary Coded Decimal）全加器的十进制全加器。并根据逻辑综合的优化规则,设计出了一个基于多数逻辑门的三输入异或逻辑门。论文主要内容如下:1、在分析了基于异或-多数逻辑结构（XOR-Majority Graph,XMG）之后,对已有的RCA十进制全加器的表达式进行优化重写,并根据表达式画出了新的QCA电路版图,其结果与原有的设计相比有了很大改善,其中1位的十进制全加器在面积上减少了52.6%,延迟降低了25%。2、根据XMG的理论,对基于并行BCD全加器的十进制全加器进行逻辑重写,结合本文的优化措施和该全加器的进位传播结构,设计出的8位十进制全加器在面积上减少了55.4%,延迟上降低了34.5%。3、主流逻辑综合工具是基于逻辑结点来设计的,因此,本文设计了一个基于多数逻辑门的三输入异或门,并将其运用到奇偶校验电路中。对比过去已有的基于多数逻辑门的奇偶校验电路,本文的设计平均在面积上能够减少17.2%,在延迟上能够降低17.3%。
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