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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 量子元胞自动机 2

1.2.1 发展历程 2

1.2.2 研究现状 3

1.3 量子元胞自动机的应用 5

1.3 1无线集成电路 5

1.3.2 细胞神经网络 5

1.3.3 量子计算机 6

参考文献 7

第2章 量子元胞自动机基础 11

2.1 器件结构和时钟 11

2.1.1 四点电性QCA器件 11

2.1.2 两点电性QCA器件 15

2.1.3 磁性QCA器件 16

2.2 基本QCA电路 18

2.3 量子元胞自动机仿真 22

2.3.1 QCADesigner 22

2.3.2 OOMMF软件 24

2.4 器件制备工艺 25

2.4.1 电子束光刻方法 25

2.4.2 聚焦离子束方法 26

2.4.3 纳米蜡纸印刷术方法 26

参考文献 26

第3章 量子元胞自动机电路的结构 29

3.1 QCA组合逻辑电路 29

3.1.1 电性QCA奇偶校验系统 29

3.1.2 电性QCA不恢复余数除法器 35

3.1.3 电性QCA 3-8译码器 42

3.1.4 两点电性QCA全加器电路 48

3.1.5 磁性QCA全加器电路 50

3.2 QCA时序逻辑电路 55

3.2.1 电性QCA模可变计数器 55

3.2.2 电性QCA JK触发器和计数器 61

3.2.3 电性QCA双边沿触发器 67

3.2.4 磁性QCA环形振荡器 69

参考文献 74

第4章 量子元胞自动机电路的缺陷 77

4.1 电性QCA元胞旋转缺陷 77

4.1.1 含旋转元胞缺陷的阵列建模 77

4.1.2 电性QCA互连结构的旋转缺陷 80

4.1.3 电性QCA逻辑结构的旋转缺陷 85

4.1.4 旋转缺陷结果分析和信号恢复 87

4.2 磁性QCA时钟误放效应 92

4.2.1 时钟误放缺陷定义 92

4.2.2 时钟误放缺陷建模 92

4.2.3 时钟误放缺陷定量刻画 95

4.3 电性QCA漂移电荷和串扰 100

4.3.1 漂移电荷效应 100

4.3.2 串扰效应 102

参考文献 104

第5章 量子元胞自动机可编程阵列 106

5.1 QCA可编程单元 106

5.2 QCA可编程阵列 108

5.3 QCA PLA的单元胞缺陷 110

5.3.1 元胞缺失对PLA单元的影响 111

5.3.2 元胞移位缺陷对PLA单元的影响 113

5.3.3 元胞未对准对PLA单元的影响 113

5.4 QCA PLA故障分析与检测 117

5.4.1 PLA故障分析 117

5.4.2 PLA故障检测 118

5.4.3 PLA故障仿真举例 120

参考文献 121

第6章 量子元胞自动机电路的可靠性 123

6.1 概率转移矩阵 123

6.2 组合电路的概率可靠性 124

6.2.1 QCA数值比较器可靠性 124

6.2.2 QCA加法器可靠性 131

6.3 时序电路的概率可靠性 136

6.3.1 QCA RS触发器 137

6.3.2 QCA D触发器 139

6.3.3 QCA JK触发器 142

6.4 QCA容错电路实现 144

6.4.1 块结构容错概念 145

6.4.2 容错反相器的设计 146

6.4.3 容错全加器的设计 147

6.5 QCA电路背景电荷效应影响 150

6.5.1 四点QCA电路背景电荷效应 150

6.5.2 两点QCA电路背景电荷效应 156

参考文献 164

第7章 量子元胞自动机的数据读出接口和时钟电路 167

7.1 纳磁体逻辑数据读出原理 167

7.2 磁性隧道结 168

7.2.1 数据读出接口电路的结构 171

7.2.2 片上时钟电路 172

7.2.3 电信号输出电路 173

7.2.4 纳磁体读出接口电路性能分析 174

7.3 数据读出接口电路在单粒子效应下的可靠性研究 180

7.3.1 SEE敏感结点分析 180

7.3.2 数据读出接口电路的SEE临界电荷 181

7.3.3 入射时间和技术结点对SEE的影响 182

7.3.4 抗辐射加固设计 183

7.4 纳磁体逻辑片上时钟电路 186

7.4.1 片上时钟电路结构 186

7.4.2 时钟电路功能验证 190

参考文献 191

第8章 量子元胞自动机实验制备 195

8.1 实验仪器和技术 195

8.2 直线互连结构制备 197

8.2.1 实验参数的影响 197

8.2.2 测试结果 199

8.3 拐角互连结构制备 201

8.3.1 拐角互连模拟 201

8.3.2 实验制备和测试 204

参考文献 206

附录 207