基于门控技术的低功耗串行比较器

通过对低位先比串行数值比较器和高位先比串行数值比较器的设计及分析，证明了应用门控时钟技术设计的时序电路具有明显的低功耗特性，PSPICE模拟结果证明了基于门控技术设计的电路能有效地降低电路的功耗，并保持正确的逻辑功能。     

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.     

三值绝热多米诺T运算电路设计

通过对多值逻辑和绝热多米诺电路工作原理及结构的研究,提出三值绝热多米诺T运算电路的设计方案.该方案首先将三值T运算定义与三值文字运算相结合,得到基于文字运算的T运算定义式;然后以开关信号理论为指导,推导出逻辑0与逻辑2选通电路的开关级表达式,并利用文字运算互斥互补关系,得到逻辑1选通电路的开关级表达式;最后根据这些表达式进一步实现了三值绝热多米诺T运算电路.经HSPICE仿真验证,该电路具有正确的逻辑功能及低功耗特性.     

一种新型的单电子数值比较器

基于单电子晶体管的I-V特性,在构建反相器的基础上,推出了或非门及与或非逻辑门,并最终实现了一种新型的2位单电子数值比较器,利用SPICE模拟器验证了电路设计的正确性.该比较器结合了单电子晶体管与MOS管的优点.分析结果表明:与仅由单电子晶体管实现的比较器相比,电路的驱动能力提高的同时减少至少12个晶体管;与具有相同逻辑结构的CMOS实现的电路相比,该新型比较器使用了简单的单电子器件,使得电路的结构尺寸得到了极大的缩小,电路的功耗仅在10-10W数量级上,为将来超大规模集成电路进一步微型化奠定了基础.     

2-4混值/8值绝热加减法计数器开关级设计

通过对8值逻辑编码技术、绝热电路和加减法计数器工作原理及结构的研究,提出带进位/借位的2-4混值/8值绝热加减法计数器设计方案.首先,该方案以开关信号理论为指导,分别推导出2-4混值/8值触发型绝热正循环门和进位/借位电路的开关级结构式,然后利用多阈值NMOS管和交叉存贮结构实现相应电路,并在此基础上实现带进位/借位的2-4混值/8值加减法计数器.最后,PSPICE模拟验证所设计的电路具有正确的逻辑功能,在55.6 MHz工作频率下,与常规CMOS 2-4混值/8值加减法计数器相比,节省功耗约95%.     

基于R-SET结构的逻辑门电路和触发器设计

提出一种基于单电子晶体管的新型电路结构--R-SET结构,并从R-SET结构的反相器着手对该结构电路的工作原理和性能进行了分析.构造出基于R-SET结构的或非门、一位数值比较器、SR锁存器和D触发器.通过对各电路进行SPICE仿真,验证了各电路的正确性.最后对R-SET和互补型SET 2种结构的D触发器进行性能比较,得出R-SET结构的D触发器具有结构简单,功耗低,延时小的特点.     

低功耗CMOS三值四输入全加器设计及其应用

针对传统三值全加器没有充分利用进位的不足,提出一种新型的三值四输入全加器电路结构,并用CMOS设计这种全加器,与传统的三值三输入全加器相比,将原有的输入由3个增加到4个,将原有的进位由二值信号变为三值信号.所提出的三值四输入全加器增加了处理的信息量,提高了进位端的利用率,在较大电路设计中能减少所用加法器模块的数量,并减少所用管子数和降低芯片面积.基于该新型全加器,设计了3个四位三值数串行加法电路.经Hspice模拟,所设计的电路有正确的逻辑功能,与基于传统三值三输入全加器的设计相比,在处理信息量较大的电路设计中具有很好的低功耗特性.     

基于CTGAL电路的低功耗十进制复位计数器设计

通过对计数器和钟控传输门绝热逻辑电路工作原理及结构的研究,提出一种带复位功能的低功耗十进制计数器设计方案.新方案利用CTGAL电路钟控传输门对输入信号进行采样,然后通过自举操作的NMOS管和CMOS-latch结构对输出负载进行全绝热方式充放电,并通过计数器预置复位端结构实现进制可变计数器的设计.PSPICE的模拟结果表明：所设计的电路具有正确的逻辑功能,在相同工作频率下,与传统CMOS电路实现的十进制计数器相比,平均节省能耗约82%.     

具有缓冲功能的三值 GaAs电路的研究

本文探讨了具有缓冲功能的三值 GaAs电路的基本结构 ,特别是对三值 GaAs逻辑输出级电路 进行了讨论 ,提出了 2种三值 GaAs电路的逻辑级电路的结构 ,经过 PSPICE程序的模拟 ,选取了较理想 的一种电路结构 ,并由此建立了对应的开关模型. 根据该模型提出了适用于三值 GaAs在开关元件级的 电路设计方法 .     

具有推挽输出结构的三值TTL电路

本文分析了以电阻为负载的传统三值TTL反相器的缺点,借鉴二值TTL推挽输出级的结构,设计了三值TTL电路的推挽输出级.用SPICEⅡ对设计电路的计算机模拟表明,具有推挽输出结构的三值TTL电路具有较强的驱动能力及较快的工作速度.     

基于MCML的高性能三值D型触发器的设计

MCML电路由于具有高速低摆幅、抗干扰能力强、在高频下比传统CMOS电路功耗更低等优点,越来越受到广泛关注.通过分析二值MCML电路的设计方法,引入与参考电压进行比较的思路,设计了一种结构简单的新型高性能三值D型触发器.采用TSMC 180 nm工艺,使用HSPICE进行模拟.结果表明,所设计的触发器不仅具有正确的逻辑功能,工作频率达到10 GHz,平均D-Q延时和PDP也比传统CMOS三值触发器有明显降低,且随着工作频率的上升,PDP不断下降,适合于高速和高工作频率的应用.     

基于多β晶体管的三值全功能触发器及其应用

本文在分析多β晶体管工作原理的基础上,提出了利用多β晶体管结合ECL构成三值开关,并以此为基础设计了三值D型锁存器和三值主从型D触发器．本文还设计了三值全功能触发器,并讨论了三值全功能触发器的逻辑功能及其激励函数,最后应用全功能触发器对时序电路的实例进行了设计,实例设计表明应用该触发器可以简化电路结构,提高电路的工作速度．     

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%.     

低功耗互补传输门绝热逻辑和时序电路的设计

研究了采用二相非交叠功率时钟的绝热触发器及时序电路的设计，介绍了采用二相无交叠功率时钟的互补传输门绝热逻辑（CPAL）电路，并分析了其工作原理．该电路利用nMOS管自举原理对负载进行全绝热驱动，从而减小了电路整体功耗，且CPAL能耗几乎与工作频率无关．提出了性能良好的低功耗绝热D、T和JK触发器，并与其他几种绝热触发器进行功耗比较．给出了绝热时序电路的一般设计方法，并作为实例采用应用绝热D触发器设计了十进制计数器．SPICE程序模拟表明：设计的电路具有正确的逻辑功能及低功耗的优点．     

用电流型CMOS电路实现三值算术电路

本文修改了作者提出的适用于电压型CMOS电路的三值传输函数理论,使之适用于电流型CMOS电路.基于该理论,本文设计了实现三值加法和三值乘法的电流型CMOS电路.这些电路具有简单的电路结构和正确的逻辑功能,从而表明该理论能有效地指导电流型CMOS电路在开关级的逻辑设计.     

基于互补型SET的通用阈值逻辑门设计

与MOS管相比,单电子晶体管(SET)具有超低功耗、超高集成度等优点,被认为是可能取代MOS管的新一代量子器件的主要竞争者.在简要介绍SET特性及通用阈值逻辑门(UTLG)的基础上,沿用CMOS逻辑电路的设计思想,提出了功能强大的基于互补型SET的三变量UTLG实现方案.利用一个UTLG辅之少量门电路就可实现全部256个三变量逻辑函数.通过实例说明了利用查表设计进行UTLG综合的过程.对所设计的SET电路进行了Pspice仿真,结果表明,基于SET的UTLG以及用UTLG实现的全比较器均具有正确的逻辑功能.     

基于SMPSO算法的三值FPRM电路延时优化

n输入变量的三值FPRM电路存在3n个不同极性及其对应的函数展开式. 通过对三值列表转换技术以及三值FPRM逻辑表达式的研究, 并结合自适应变异粒子群算法提出一种三值FPRM电路延时优化解决方案. 首先根据三值FPRM逻辑表达式的特征建立延时估计模型; 然后结合三值列表转换技术和SMPSO算法, 对三值FPRM电路延时进行优化; 最后采用PLA格式的MCNC Benchmark电路进行算法测试. 结果表明: SMPSO算法相比于穷尽算法的优化效果更佳, 电路的延时和面积平均节省11.6%和18.6%.     

四值施密特电路设计

本文分析了四值施密特电路工作过程中的时序特征,导出了相应的特征方程,并利用时序电路的设计方法,提出了两种四值施 特电路的设计方案,基于TTL技术设计的四值施密特电路已用PSPICE模拟证明了具有理想的施密特电路功能,讨论表明四值施密特电路的特征方程及电路的逻辑结构与对二值施密特电路及三值施密特电路讨论的结果相同,由此发现各种基的施密特电路具有共性。