基于和图及分解算法的电流型CMOS电路设计

作     者：孙曦 

作者单位：杭州师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姚茂群

授予年度：2020年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：电流型 CMOS n变量函数 阈算术代数系统 三变量函数 和图 

摘      要：相较于电压型电路,电流型电路在频带,速度,带宽,功耗等方面有着较大的优势,也是目前集成电路研究的一个主要方向,而CMOS管能有效处理电流信号,并具有静态功耗低,抗干扰能力强等优点。因此,电流型CMOS电路也受到了国内外的广泛关注。另外,阈算术代数系统是完全符合电流信号运算特点的代数系统,利用其设计电流型CMOS电路,更加直观,简便和高效,并且所设计的电路结构简单,功耗低。基于以上的原因,本文重点研究基于阈算术代数系统的电流型CMOS电路设计,主要进行了如下的研究内容:1.提出和图转化方法,通过解方程的思路,将和图转化到阈算术函数的过程代数化,简单高效。许多文献基本上通过构造相似和图,再进行复杂的阈算术运算去得到和图,然后转化成阈算术代数,此类转化方法得到的阈算术函数和电路结构都相对复杂,过程也比较繁琐。2.利用和图转化方法,设计基于电流CMOS的基本运算电路,包括与非门,或非门,异或门和同或门;设计基于电流型CMOS电路的数据选择器和全加器,经过模拟实验表明,它们的功耗分别为263.3μw和206.4μw,比一般的电压型电路的功耗低了好几个数量级。3.提出一种三变量函数分解新算法,首先将所有三变量函数分类,分成简单函数和复杂函数进行研究。其次,提出一种和图变换的方法,通过和图中的值的位置变换得到想要的阈算术函数。最后,通过所提出的和图变换方法,结合阈算术函数的运算完成对简单函数和复杂函数的电流型电路实现,从而实现所有的三变量函数。经过模拟实验,证明该算法正确有效,所设计的电路结构简单,功耗低。另外,还通过大量的计算与实验,将简单函数的所有阈算术函数制成了表格,方便今后查表使用。4.提出一种n变量函数分解新算法,能够将n变量函数转化成三变量函数,且该算法完全适用于阈算术代数系统。相较于其他文献中的n变量函数分解算法,该新算法步骤简单,快速。模拟实验表明,该算法能有效地应用于基于电流型CMOS电路的n变量函数的实现,效果良好。