基于RTD的通用邏輯門設(shè)計(jì)及函數(shù)綜合.pdf

1、自從20世紀(jì)60年代集成電路誕生以來，集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)一直遵循摩爾定律快速發(fā)展著，現(xiàn)已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。隨著集成電路的集成度越來越高，工藝設(shè)計(jì)尺寸不斷減小，傳統(tǒng)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)設(shè)計(jì)工藝逐漸逼近其物理極限，出現(xiàn)短溝道效應(yīng)、熱耗散和量子力學(xué)效應(yīng)等問題。另一方面，共振隧穿二極管是目前唯一能使用常規(guī)IC技術(shù)制造的納米電子器件，它因具有獨(dú)特的負(fù)阻特性、工作頻率高、電路功耗低和自鎖等優(yōu)點(diǎn)廣受人們關(guān)注，并可能成為下一代

2、VLSI設(shè)計(jì)的主要元器件。同時(shí)，通用邏輯門作為一種可編程邏輯電路，能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的邏輯功能并且設(shè)計(jì)靈活，是構(gòu)成大規(guī)模集成電路的一種單元模塊。RTD器件因?yàn)槠湄?fù)阻特性，非常適合于設(shè)計(jì)通用邏輯門。因此，設(shè)計(jì)基于RTD的通用邏輯門和提出相應(yīng)的函數(shù)綜合算法成為共振隧穿二極管研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一。
　　本文首先對(duì)基于RTD的可編程通用邏輯單元RTD-PLG實(shí)現(xiàn)任意邏輯函數(shù)的三層電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，提出了新的基于RTD-PLG的三層電路網(wǎng)絡(luò)

3、結(jié)構(gòu)的任意邏輯函數(shù)綜合算法。提出的算法采用漢明距離最大優(yōu)先覆蓋的方法對(duì)真向量進(jìn)行覆蓋，采用真假向量標(biāo)記的方法對(duì)基于RTD-PLG的邏輯函數(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的隱層函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了真向量的覆蓋效率，減少了隱層函數(shù)的個(gè)數(shù)，使基于RTD可編程邏輯門RTD-PLG實(shí)現(xiàn)n變量函數(shù)的電路得到進(jìn)一步簡(jiǎn)化。
　　其次提出了三變量非閾值函數(shù)的分解算法，對(duì)所有三變量非閾值函數(shù)除兩個(gè)特殊非閾值函數(shù)外，其他非閾值函數(shù)均可分解成兩個(gè)閾值函數(shù)異或的形式。由此，

4、在基于RTD的通用閾值邏輯門UTLG的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出由兩個(gè)UTLG和一個(gè)基于RTD的三變量異或門XOR3組成的三變量通用邏輯門ULG3。設(shè)計(jì)的ULG3電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能用單一的ULG3實(shí)現(xiàn)所有的三變量函數(shù)，且實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單。ULG3可作為一種新的通用門用于實(shí)現(xiàn)任意n變量函數(shù)。
　　最后提出了基于三變量通用邏輯門ULG3、三變量通用閾值邏輯門UTLG和三變量異或門 XOR3的邏輯電路通用結(jié)構(gòu)和n變量函數(shù)綜合算法。首先通過對(duì)函數(shù)非相交分

5、解算法的分析，提出了真值矩陣的概念，并提出一種運(yùn)用真值矩陣分解任意n變量邏輯函數(shù)的非相交分解算法，提出的算法可將任意n變量邏輯函數(shù)分解成3變量子集函數(shù)；在此基礎(chǔ)上提出基于 ULG3的電路通用結(jié)構(gòu)和基于ULG3、UTLG和XOR3的函數(shù)綜合算法，當(dāng)n變量邏輯函數(shù)為可直接非相交分解函數(shù)時(shí)實(shí)現(xiàn)的電路將十分簡(jiǎn)單，當(dāng)n變量邏輯函數(shù)為不可直接非相交分解函數(shù)時(shí)實(shí)現(xiàn)的電路比用單一的UTLG或ULG3實(shí)現(xiàn)n變量邏輯函數(shù)的電路簡(jiǎn)單。而當(dāng) n變量邏輯函數(shù)用提