低功耗全边沿触发器设计研究

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3、人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝婆盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：币产糊签字日期：硼心学位论文版权使用授权书年6月多日本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鎏盘堂可以将学位论文的全部或

4、部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位敝作者虢张噜签字吼砂／千年6月>日导师签名：i别垃签字日期：2·件年‘月厂日万方数据浙江大学博士学位论文致谢在整个博士学位学习期间，我的博士生导师沈继忠教授给予了我学习和科研上的无私指导。这些无比珍贵的指导使我走进了神圣的科研殿堂。本博士毕业论文更是在沈老师悉心指导下完成的。在此，对沈老师的辛苦深深表示感谢，感谢导师多年来对我的关心、教诲和照顾。沈老师渊博的知识、一丝不苟的作

5、风，严谨求实的治学态度，求是创新的精神，都将让我终生受益。感谢韦一同学，尽管他人已毕业，但他的帮助如同在我身边一般。感谢耿亮同学，谢谢他在我科研和求学路上给予的帮助。最后，感谢在学习和生活中给予我关心和帮助的每一个人。郎燕峰2014年3月万方数据II万方数据浙江大学博士学位论文摘要目前，主流集成电路(IC)使用的数字信号为信息量最少的二值信号，所以导致了IC中互联线和芯片引脚过多等问题，这是二值数字集成电路的主要缺点。而且随着CMOS工艺的进步，其发展也面临着众多基础物理极限的难题。例如，晶体管的热耗散、短

6、沟道效应、量子力学效应和高漏电功耗等。与此同时，下一代纳米电子器件也正在研发中，例如，神经MOS管(vMOS)、共振隧穿二极管(RTD)、量子点细胞机(QCA)。这些器件往往具有多个工作状态，或许更适合用于多值电路设计，而非传统的二值电路。为解决二值集成电路的主要缺点和更有效地利用多值纳米电子器件，需要对多值电路进行更多关注和研究。而多值触发器是多值电路中最重要的基本单元，也是多值电路设计的难点。另外，随着CMOS工艺的高速发展，IC的规模和密度也在不断提高，且其工作时钟的频率也日益提高，导致其功耗迅速增大

7、。因此，降低功耗是电路设计中关键的研究领域。而包括时钟分布网络和触发器的时钟子系统的功耗往往占了芯片总功耗的最大部分。为降低系统功耗，本文将具有更多跳变沿的多值时钟作为降低功耗的一个有效途径而应用于时序电路中。基于以上论点，本文研究并提出了基于多值时钟的低功耗多值全边沿触发器，主要进行了以下几方面的工作。首先，本文对多值时钟信号进行了较为深入的系统研究。根据充分利用多值信号的原则，确定了多值时钟的标准波形。根据多值时钟应用环境，分析了多值时钟功耗的估算方法。另外，总结了多值时钟奇偶值互跳的规律等多值时钟的性

8、质。其次，由于目前尚无产生多值时钟信号的集成电路，为了能使信息量大的多值时钟得以实用，本文以产生三值时钟为例设计了CMOS三值时钟发生器，并用HSPICE软件进行了模拟。模拟结果表明，三值时钟发生器具有正确的功能。分析显示，其电路简单，且能稳定可靠高效地运行，满足时钟信号的设计要求。最后，为方便设计基于多值时钟的多值触发器，本文先对基于多值时钟的锁存器进行了设计与研究。在对锁存器工作原理的研究基础上，结合多值时钟