基于RTD的通用邏輯門設計及函數綜合.pdf

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

2、VLSI設計的主要元器件。同時，通用邏輯門作為一種可編程邏輯電路，能實現(xiàn)強大的邏輯功能并且設計靈活，是構成大規(guī)模集成電路的一種單元模塊。RTD器件因為其負阻特性，非常適合于設計通用邏輯門。因此，設計基于RTD的通用邏輯門和提出相應的函數綜合算法成為共振隧穿二極管研究領域的重要內容之一。
　　本文首先對基于RTD的可編程通用邏輯單元RTD-PLG實現(xiàn)任意邏輯函數的三層電路網絡結構進行了研究，提出了新的基于RTD-PLG的三層電路網絡

3、結構的任意邏輯函數綜合算法。提出的算法采用漢明距離最大優(yōu)先覆蓋的方法對真向量進行覆蓋，采用真假向量標記的方法對基于RTD-PLG的邏輯函數網絡結構中的隱層函數進行了優(yōu)化，提高了真向量的覆蓋效率，減少了隱層函數的個數，使基于RTD可編程邏輯門RTD-PLG實現(xiàn)n變量函數的電路得到進一步簡化。
　　其次提出了三變量非閾值函數的分解算法，對所有三變量非閾值函數除兩個特殊非閾值函數外，其他非閾值函數均可分解成兩個閾值函數異或的形式。由此，

4、在基于RTD的通用閾值邏輯門UTLG的基礎上，設計出由兩個UTLG和一個基于RTD的三變量異或門XOR3組成的三變量通用邏輯門ULG3。設計的ULG3電路結構簡單，并能用單一的ULG3實現(xiàn)所有的三變量函數，且實現(xiàn)方法簡單。ULG3可作為一種新的通用門用于實現(xiàn)任意n變量函數。
　　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的邏輯電路通用結構和n變量函數綜合算法。首先通過對函數非相交分

5、解算法的分析，提出了真值矩陣的概念，并提出一種運用真值矩陣分解任意n變量邏輯函數的非相交分解算法，提出的算法可將任意n變量邏輯函數分解成3變量子集函數；在此基礎上提出基于 ULG3的電路通用結構和基于ULG3、UTLG和XOR3的函數綜合算法，當n變量邏輯函數為可直接非相交分解函數時實現(xiàn)的電路將十分簡單，當n變量邏輯函數為不可直接非相交分解函數時實現(xiàn)的電路比用單一的UTLG或ULG3實現(xiàn)n變量邏輯函數的電路簡單。而當 n變量邏輯函數用提