量子元胞自動機電路設計與分析

目錄
前言
第1章緒論1
1.1 CMOS電路的發展及局限1
1.2新興的納米電子器件2
1.3量子元胞自動機4
1.3.1研究進展4
1.3.2物理實現4
參考文獻6

第2章量子元胞自動機簡介12
2.1元胞結構12
2.1.1二量子點元胞12
2.1.2四量子點元胞13
2.2元胞之間的響應14
2.3時鐘16
2.3.1轉換(switch) 17
2.3.2保持(hold) 17
2.3.3釋放(release) 17
2.3.4鬆弛(relax) 18
2.4 QCA電路的基本邏輯單元18
2.4.1直線傳輸線18
2.4.2彎角傳輸線19
2.4.3扇出傳輸線20
2.4.4反相器20
2.4.5三輸入擇多門20
2.4.6五輸入擇多門22
2.4.7交叉結構22
2.5 QCA電路仿真軟件23
2.5.1數字仿真引擎23
2.5.2非線性逼近仿真引擎24
2.5.3雙穩態仿真引擎24
參考文獻25

第3章計算模型27
3.1 QCA元胞數學模型27
3.1.1孤立QCA元胞的哈密爾頓函數模型27
3.1.2 QCA元胞的半經典模型28
3.2 QCA元胞的兩態性證明29
3.3 QCA電路基本邏輯單元的仿真31
3.3.1 QCA傳輸線31
3.3.2 QCA反相器32
3.3.3 QCA三輸入擇多門33
3.4能量耗散34
3.4.1能量耗散計算方法34
3.4.2 QCA電路能量耗散的影響因素37
3.5可逆計算38
參考文獻39

第4章組合邏輯電路40
4.1加法器41
4.1.1行波進位加法器42
4.1. 2載流加法器43
4.1.3超前進位加法器44
4.1.4五輸入擇多門加法器45
4.2乘法器46
4.3編碼器47
4.3.1 4線-2線編碼器48
4.3.2優先編碼器49
4.4解碼器51
4.5數據選擇器52
4.6數值比較器53
參考文獻55

第5章時序邏輯電路57
5.1觸發器57
5.1.1 RS觸發器57
5.1.2 JK觸發器59
5.1.3 D觸發器61
5.2寄存器62
5.2.1數據寄存器62
5.2.2移位寄存器63
參考文獻65

第6章QCA電路可靠性分析66
6.1容錯分析66
6.1.1缺陷類型66
6.1.2容錯仿真分析67
6.1.3擇多門的元胞缺失68
6.1.4 QCA電路的元胞缺失71
6.1.5擇多門的元胞移位73
6.1.6 QCA電路的元胞移位75
6.1.7擇多門的元胞增添76
6.1.8 QCA電路的元胞增添76
6.1.9物理證明77
6.2概率轉移矩陣80
6.2.1概率轉移矩陣基本概念81
6.2. 2電路結構劃分83
6.2.3基本邏輯單元的PTM 84
6.2.4 QCA電路的PTM分析85
6.3 QCA電路的評價函數89
6.3.1 Cost函數90
6.3.2複雜度91
6.3.3延遲91
6.3.4不可逆功耗91
6.3.5交叉線數量92
6.3.6改進的成本函數92
6.4 QCA電路的成本函數分析93
6.4.1 QCA加法器93
6.4.2單個指標的比較94
6.4.3成本函數94
6.5極化與功耗99
6.5.1元胞的極化與功耗99
6.5.2功耗101
6.5.3功耗上限102
6.5.4 QCAPro軟件應用103
6.5.5軟件介紹104
6.5.6利用QCAPro分析電路105
參考文獻108

第7章QCA電路時鐘佈局110
7.1時鐘佈局簡介110
7.2 QCA時鐘電路的實現111
7.3 QCA時鐘佈局方案112
7.3.1無規律時鐘方案113
7.3.2一維時鐘方案115
7.3.3普通二維時鐘方案118
7.3.4 2DD時鐘方案121
7.3.5 USE時鐘方案123
參考文獻125

第8章模塊化設計127
8.1模塊化設計的概念及意義127
8.2模塊化設計的流程128
8.3 QCA基礎器件的模塊化設計130
8.3.1 3×3模塊130
8.3.2正交模塊130
8.3.3基線模塊132
8.3.4扇入模塊132
8.3.5雙扇出模塊133
8.3.6三扇出模塊133
8.3.7 3×5模塊134
8.3.8三輸入擇多門模塊134
8.3.9五輸入擇多門模塊136
8.4加法器的模塊化設計137
8.4.1三輸入擇多門構成的加法器137
8.4.2 3×3模塊構成的加法器139
8.4.3 3×5模塊構成的加法器142
8.5乘法器的模塊化設計145
8.5.1三輸入擇多門構成的串行乘法器146
8.5.2 3×3模塊構成的乘法器148
8.5.3 3×3模塊構成的改進型乘法器148
8.5.4三種串行乘法器的比較150
參考文獻152

第9章邏輯綜合154
9.1邏輯綜合基礎154
9.2三輸入基本函數155
9.3四輸入基本函數156
9.4基於立方體的標準函數法158
9.4.1三輸入標準函數法158
9.4.2四輸入標準函數法162
9.5基於基本函數的綜合方法167
9.6布爾不相鄰法173
9.7基於窮盡搜索原理的三變量節點網絡綜合方法174
9.7.1 *小擇多表達式174
9.7.2成本的四個衡量標準175
9.7.3綜合方法175
9.7.4四變量函數查表法181
9.8擇多表達式查詢表182
9.8.1尋找MLUT流程圖183
9.8.2具體方法184
9.9基於擇多門的三輸入自動邏輯綜合186
9.9.1卡諾圖八位二進製表達式186
9.9.2編程實現步驟188
參考文獻192

第10章測試193
10.1 QCA電路的故障模型193
10.1.1固定故障193
10.1.2故障等價194
10.1.3故障壓縮195
10.2 QCA電路的故障分析196
10.2.1擇多門的缺陷分析197
10.2.2傳輸線的缺陷分析199
10.2.3反相器的缺陷分析203
10.3缺陷概率分析204
10.3.1擇多門205
10.3.2反相器205
10.3.3直線傳輸線206
10.3.4拐角傳輸線206
10.3.5扇出線206
10.3.6共面交叉線206
10.4 QCA電路的測試方法207
10.4.1固定故障208
10.4.2可測性設計209
10.4.3布爾差分測試法212
10.4.4內建自測試213
參考文獻215