基于CMOS忆阻器混合电路的逻辑门设计及其应用

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1、学校代号１０５３２学号Ｓ１５１０Ｗ０６１６分类号ＴＰ３３１．１密级ｍＨＵＮＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ工程硕士学位论文基于ＣＭＯＳ忆阻器混合电路的逻辑门设计及其应用学位申请人姓名陈雪飞培养单位信息科学与工程学院导师姓名及职称尤志强副教授窦志平高工学科专业计算机技术研究方向数字电路设计论文提交日期２０１８年５月１５日学校代号：１０５３２学号：Ｓ１５１０Ｗ０６１６密级：湖南大学工程硕士学位论文基于ＣＭＯＳ忆阻器混合电路的逻辑门设计及其应用学位申请人姓名陈雪飞导师姓名及职

2、称尤志强副教授窦志平高工培养单位信息科学与工程学院专业名称计算机技术论文提交日期２０１８年５月１５日论文答辩日期２０１８年５月２６日答辩委员会主席徐成教授ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＬｏｇｉｃＧａｔｅＢａｓｅｄｏｎＨｙｂｉｒｄＣＭＯＳＭｅｍｒｉｓｔｏｒＣｉｒｃｕｉｔｓｂｙＣＨＥＮＸｕｅｆｅｉＢ．ＲＨｕｂｅｉＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔ２０１５（ｇｙ）Ａｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎａｒｔｉａｌｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ

3、ｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｉｎＣｏｍｐｕｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆｅｓｓｏｒＹＯＵＺＭｑｉａｎｇＳｅｎｉｏｒＥｎｉｎｅｅｒＤＯＵＺｈｉｉｎｇｐｇＭａｙ，２０１８湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宄所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或

4、撰写的成果作品。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。：作者签名：曰期月曰＜５４学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行可以采用影印。检索、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，本学位论文属于１、□。保密，在＿年解密后适用本授权书２、不保密Ｖ上相应方框“”（请在以内打ｄ）：日作

5、者签名：日期５月＾导师签名：曰期月卞＾于：娜年５￥曰Ｉ基于ＣＭＯＳ忆阻器混合电路的逻辑门设计及其应用摘要随着人工智能时代的到来，大规模集成电路也进入髙速发展阶段，然而晶体。管特征尺寸的不断缩小，集成电路的尺寸和计算性能即将达到极限因此新型电子元器件的发展变得至关重要一。忆阻器是种有记忆功能的非线性电阻，具有面积尺寸小、结构简单、易于集成、功耗低、与ＣＭＯＳ工艺具有良好兼容性等特一。性。因此，忆阻器成为替代晶体管的理想器件之逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件，因此，设计基于ＣＭＯＳ忆阻器混合电路（ＭｅＭＯＳ）单元的逻辑门具有重要的理论意义

6、和实践价值。本文在国内外研究基础上－Ｆ特，首先详细介绍忆阻器的模型、工作原理和／一ｅＭＯＳ性曲线。然后根据忆阻器的阻变特性和电阻开关效应，提出种基于Ｍ单元电路逻辑门设计方法一步验证了。通过对该方法的电路理论分析及实验仿真进该设计方法的正确性与合理性。一接着本文设计了基于ＭｅＭＯＳ单元的系列基本逻辑门和复合逻辑门，并与传统的逻辑门进行比较。在此基础上，本文对逻辑电路级联和多输入扩展情况进。行分析，设计基于香农表达式的算法来对任意输入组合逻辑函数进行电路表达ＭＭＯＳ一本文还设计基于ｅ单元的新位全加器，通过Ｈｓｐｉｃｅ仿真软件验证其正确性，并将它与其它基线

7、实验的逻辑电路进行比较分析，体现出该逻辑电路设计方法的优势。最后，将所有设计的新型逻辑门单元加入４５ｎｍ标准工艺库中，基于此新的工艺库，利用ＤＣ工具对电路进行逻辑综合应用。实验结果表明，新型逻辑门相比于传统逻辑门和其它方法设计的逻辑门，在晶体管使用数目、面积开销、功耗等方面都具有明显优势。关键词：逻辑电路；逻辑门设计；ＭｅＭＯＳ单元；逻辑综合Ｍ工程硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅａｄｖｅ