【摘 要】
:
量子元胞自动机(Quantum-dot Cellular Automata,QCA)是一种有望替代传统CMOS电路的一种新型纳米器件,在理论上,QCA具有超低功耗、超高集成度和超高转换速度的优点。近十几年来,CMOS技术日益完善与成熟,器件的特征尺寸已经到了几个纳米的数量级。随之而来的诸如量子效应和漏电流问题还有一些制造工艺上的问题都亟待解决。而QCA的出现,由于其独有的优势有望在未来代替CMOS
论文部分内容阅读
量子元胞自动机(Quantum-dot Cellular Automata,QCA)是一种有望替代传统CMOS电路的一种新型纳米器件,在理论上,QCA具有超低功耗、超高集成度和超高转换速度的优点。近十几年来,CMOS技术日益完善与成熟,器件的特征尺寸已经到了几个纳米的数量级。随之而来的诸如量子效应和漏电流问题还有一些制造工艺上的问题都亟待解决。而QCA的出现,由于其独有的优势有望在未来代替CMOS在数字集成电路中的地位。自QCA被提出以来,许多研究者在基础逻辑器件、基础运算单元和较复杂的系统级设计等方面都取得了丰硕的成果。本文主要探讨在QCA电路中如何设计存储单元和具有一定规模的存储器的设计与优化。存储单元在超大规模集成电路中扮演者十分重要的角色。在大容量存储器的设计中,静态随机存储器(Static random access memory,SRAM)是至关重要的逻辑单元。在本文中,提出了一种基于Loop-based结构的新的SRAM存储单元。提出的存储单元是通过D锁存器实现的。然后,设计出了三层结构的4-bit SRAM和16-bit SRAM。文中的的1-bit SRAM电路结构与已发表的性能最好的存储单元结构相比,在成本函数上降低了35%,功耗降低了36%。4-bit SRAM在电路面积、元胞数目和电路延迟方面与同结果的电路相比,有很大的改进,与已有的成本函数最低的结构相比降低了67%,其复杂度也降低了34.8%。提出的16-bit SRAM证明了所设计的存储单元在设计大规模和复杂的电路上有很好的可扩展性。除此之外,提出的16-bit SRAM与已有结构最简的电路相比,成本函数降低77.8%,与相同结构的基于15纳米工艺的CMOS电路相比,功耗降低了41.9%。本文还聚焦于多位SRAM电路的应用。通过提出的16-bit SRAM设计出了性能较好的QCA 4-input查找表电路和基于Xilinx XC4000的可配置逻辑块电路。4-input查找表的基本结构由4-16译码器、16-bit SRAM和16选1数据选择器组成,这些基本结构在元胞数目、电路面积和延迟方面都做了优化。提出的QCA 4-input查找表与相同结构的基于15纳米工艺的CMOS电路相比,功耗降低了60.8%。所设计的QCA的电路的逻辑功能使用QCADesigner验证,电路的功耗使用QCADesignerE测试。
其他文献
太赫兹波由于在电磁频谱中表现出特殊的物理特性,如大带宽、较低的光子能量、良好的穿透性及高光谱分辨率,在太赫兹成像与传感、材料表征、空间科学与通信等领域具有广阔的应用前景。具有众多优点的太赫兹技术极大促进了诸多太赫兹器件的发展,如滤波器、吸波体、天线、调制器、移相器等。介质谐振器由于其独特的优点,如体积小、易于激发、良好的商用性能等,可用于基于介质谐振器的太赫兹器件的研究中。目前在这一方面的研究不多
古气候学是研究地球过往气候的一门学科,目的是预测未来气候变化,解决环境污染、资源紧缺等问题。通过研究气候代理物(冰芯、贝壳、石笋等)中元素空间分布,推断古气候演化规律,对自然环境变迁具有重大的意义。基于激光诱导击代理穿光谱(Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)的元素成像技术,是基于原子光谱的新型分析检测技术。高能量的脉冲激光经过聚焦后,按照预定顺序扫
风电出力具有明显的随机性、波动性以及间歇性等不确定性特征,随着风电渗透率的不断增加,生成满足时序性要求的风电序列场景集用以描述未来风电出力的不确定性,对于含大规模风电的电力系统调度具有重要意义。面向电力系统调度的风电序列场景集需同时具备描述未来风电随机性和时序性的能力,本文据此提出一种基于自适应预测箱和状态转移概率矩阵的风电序列场景集两阶段生成方法。在单时段分析阶段,本文研究了一种基于自适应预测箱
太赫兹技术具有广泛的应用前景,是当前研究热点之一,其应用离不开高性能太赫兹调控器件的支撑。然而,受传统材料性能与结构的限制,基于传统材料的太赫兹调控器件无法满足高性能太赫兹系统应用的需求,迫切需要新的材料及方法实现高性能太赫兹调控器件。当前,交叉学科的发展促进了纳米技术在太赫兹技术领域的应用,具有局域表面等离激元共振特性的金属纳米结构,为太赫兹调控器件的发展提供了新的研究方向。本文基于金属纳米结构
高频光伏直流变换器是光伏发电系统的核心环节之一。在高频光伏直流变换器中,金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)开关损耗的准确估算是变换器电路参数优化、散热设计所要考虑的重要因素。本文围绕高频光伏直流变换器中功率MOSFET损耗建模展开研究。本文首先研究了功率MOSFET寄生参数提取与建模方法
近红外探测器在信息技术及生物医学等诸多领域具有广泛的应用,但通常面临高成本滤光片以及复杂光学系统设计和集成等诸多问题。硅基光探测器由于与CMOS工艺具有非常好的兼容性,是集成光电子器件的理想选择。新型硅微孔限光结构阵列因其可通过成熟的微加工工艺制备,光学特性可调等特性,可用于构建高性能硅基近红外探测器。硫化铅量子点(Pb S QDs)因其带隙小而激子波尔半径大的特点,在近红外光探测器中有着潜在的应
随着风电、光伏等具有明显随机性、间歇性和分散性特征的分布式电源给电力系统的运行和控制带来的不利影响逐渐显现,微电网作为一种可最大化接纳分布式电源、提高供电可靠性、提高电网抗灾和应急供电能力的电网络拓扑受到了广泛的关注,提高并网系统运行的可靠性与稳定性已经成为系统内的一项关键技术。针对在传统电压型并网逆变器控制策略下的微电网公共连接点(PCC)电压和电流不平衡问题,本文对逆变器三相电压不平衡补偿策略
基于模块化多电平换流器的高压直流(Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)电网在孤岛供电,光伏、风电并网以及大容量远距离输电等方面具有明显的优势,成为未来电网发展的一个重要方向。目前,直流短路故障经济可靠的保护已经成为制约MMC-HVDC电网发展的关键技术。故障限流器(Fault Current
EMP耦合理论一直是电磁兼容领域研究的重点问题之一,而屏蔽电缆EMP耦合研究在航天发射系统、通信系统、电力系统以及武器阵地的电磁防护等方面有着重要意义。论文围绕线束端接非线性负载EMP耦合展开研究,完成的主要工作有:针对长电缆耦合计算时存在的效率不高问题,将分布源等效法和已有滤波器模型相结合,给出了一种新的分布源等效法(DSEM)。详细推导了同轴电缆和屏蔽多芯电缆EMP耦合问题求解过程,首先建立电
高品质因子耦合共振器在滤波、传感、敏感探测以及纳米激光光源等领域具有重要应用价值,已成为当前纳米光子学及光电子器件研究的重要前沿领域之一。高品质因子共振模式具有高度的空间局域性、频率选择性及寿命,可有效增强光与物质的相互作用。传统方法产生高品质因子光学模式的物理机制主要包括:表面等离激元共振、表面晶格共振、法诺共振和多极子共振等。近些年来,基于拓扑光子态与准连续域束缚态的高品质因子共振模式蓬勃发展