基于CNFET的三重脉冲可逆计数器的设计。

基于CNFET的三重脉冲可逆计数器设计 摘要：本文提出了一种基于碳纳米管场效应晶体管(CNFET)的新型三重脉冲可逆计数器的设计。利用开关信号理论，设计了带复位端和置位端的三重D触发器。接着，设计了上/下计数电路和进位/借位控制电路。基于上述设计，实现了四比特三重可逆计数器。通过HSPICE仿真，结果显示提出的电路与基于JKL触发器的计数器相比减少了36.4%。 引言：随着信息社会的发展，集成电路技术已经步入了纳米尺度。传统的数字电路是基于二进制逻辑背景设计的，而多值逻辑由于其信息携带量超过二进制逻辑，在集成度提升上显得更为有效。例如，三值逻辑电路在实现相同功能时比二进制逻辑电路需要更少的操作和门电路。单壁碳纳米管具有1维弹道输运特性，允许自由电子在没有任何散射的情况下沿着碳管方向长距离移动，这使得CNFET具有高速和低功耗的特点，因此更适合用于电路设计。与MOSFET相比，多阈值电路设计中MOSFET需要额外的偏压在其基极或体端，意味着需要额外的电源或更多的变化来改变阈值电压。作为MOSFET的替代品，碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)仅需要调整碳纳米管的直径即可改变其阈值电压，因此更适合用于多值逻辑电路设计。 计数器在数字逻辑电路中是不可或缺的，它能够记录脉冲的数量和执行数字运算。三重脉冲可逆计数器的设计要结合多值逻辑理论，这使得它与传统的二进制计数器有显著的区别。 设计过程： 1. 三重脉冲D触发器的设计：文章描述了利用开关信号理论设计带复位端和置位端的三重D触发器。这里涉及到数字逻辑设计的基础理论，包括信号的存储与恢复等。 2. 上/下计数电路的设计：设计了用于计数器的上/下计数电路，这涉及到计数器的正计数和倒计数功能实现，为后续的多值逻辑电路设计提供了基础。 3. 进位/借位控制电路的设计：在三重计数器中，进位和借位是关键操作，这直接影响计数器的功能和效率。文章中这部分的设计考虑了进位和借位的控制逻辑，并结合CNFET的特性进行了优化。 4. 四比特三重可逆计数器的实现：基于上述的各个部分设计，文章最终实现了四比特三重可逆计数器的设计。这包括了计数器的逻辑设计和结构布局。 5. HSPICE仿真的结果分析：通过软件仿真实验，作者将基于CNFET设计的三重计数器的性能与传统基于JKL触发器的计数器进行了比较。仿真结果表明，提出的设计在功耗上有所降低，具体数值达到36.4%的减少。 三重脉冲可逆计数器的提出不仅有助于理解多值逻辑电路的设计原理，而且展示了CNFET在电路设计中高速低功耗的优势。随着集成电路向纳米尺度的发展，三重脉冲可逆计数器将有可能在未来的数字系统中得到应用，提高电路集成度和降低能耗。 文章还提到了单壁碳纳米管的1维弹道输运特性，这为高速、低功耗的器件设计提供了理论基础。在多阈值电路设计中，CNFET相比MOSFET能够通过调整碳纳米管直径来改变阈值电压，这一点对于多值逻辑电路的设计具有重要意义，因为这减少了额外的电源需求和控制复杂性。 总结：本文通过设计基于CNFET的三重脉冲可逆计数器，不但展示了一种新型的多值逻辑电路设计方法，而且证明了CNFET在集成电路中具有潜在的应用前景。对于集成电路设计和纳米电子技术的研究人员来说，这一成果提供了一种新的思路和技术路线。