基于QCA的三输入数值比较器设计
第41卷第11期 2018年11月
合肥工业大学学报
（自然科学版）
JOURNAL OF HEFEI UNIVERSITY OF T ECHNOLOGY
Vol .41No .11 Nov .2018
收稿日期：2017-03-29；修回日期：2017-12-18
基金项目：国家自然科学基金资助项目（61271122）作者简介：黄 程（1989－），男，河南鹤壁人，合肥工业大学硕士生；
解光军（1970－），男，安徽合肥人，博士，合肥工业大学教授，博士生导师.
DOI ：10.3969／j .issn .1003-5060.2018.11.013
基于Q C A 的三输入数值比较器设计
黄 程， 陈昊天， 王晓旸， 吕洪君， 解光军
（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥230009）
摘 要：量子元胞自动机（q uantum -dot cellular automata ，QCA ）是一种新兴的纳米器件。文章基于QCA 提出了一位的三输入比较器设计方案，并用QCADesigner 软件进行仿真。结果表明，所设计的电路具有正确的逻辑功能。在设计过程中采用共面交联和二维改进型时钟方案，有效提高数据的流水线性质及数据的并行计算优化度，此外，采用减少信息传输距离和分层的设计思想减少了整个电路的时钟延迟和横截面积。关键词：量子元胞自动机（QCA ）；三输入比较器；电路设计；时钟方案；分层设计中图分类号：TN 402 文献标识码：A 文章编号：1003-5060（2018）11-1506-04
Ｄｅｓｉｇｎｏｆ3-ｉｎｐｕｔｃｏｍｐａｒａｔｏｒｉｎｑｕａｎｔｕｍ-ｄｏｔｃｅｌｌｕｌａｒａｕｔｏｍａｔａ
HU ANG Cheng ， CHEN Haotian ， WANG Xiaoyang ， LU ··
Hongjun ， XIE Guangjun
（School of Electronic Science and Applied Physics ，Hefei U niversity of T echnology ，Hefei 230009，China ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Quantum -dot cellular automata （QCA ）is an emerging nano device .In this paper ，one bit 3-input comparators are designed based on QCA .QCADesigner is used to simulate the circuits .T he re -sults show that the proposed comparators are of correct logic function .Coplanar crosslinking and 2-D wave clocking scheme are used to improve data pipelining and parallel processing .Besides ，the idea with the design of 3-input comparators using vertically stacked QCA circuits and reducing distance be -tween inputs and outputs is adopted ，thus resulting in decreased area and delay .
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：q uantum -dot cellular automata （QCA ）；3-input comparator ；circuit design ；clocking scheme ；vertical stacking
0 引 言
近几十年来，微电子器件的集成度基本遵循着M oore 定律飞速发展。但随着晶体管技术的提高，器件尺寸越来越小，一些微观世界中特有的物理现象（如量子效应）逐渐表现出来，严重影响器件的性能，因此需要有新的技术来取代CM OS 。文献［1］首次提出量子元胞自动机
（q uantum -dot cellular automata ，QCA ），与传统的通过电信号来表示二进制信息的方法不同，它是通过电子在QCA 细胞上占据的位置来表示的。基于QCA 的电路具有高速、高集成度以及低功耗［2］
等优点，能够解决传统CM OS 器件的一些问题，因而获得广泛关注。
QCA 数值比较器是集成电路的重要组成单
元。目前，对于两输入数值比较器［3-7］
的研究已经
比较成熟，但是对于三输入数值比较器的研究仍然比较缺乏，本文在两输入比较器的基础上进行更深入的研究，提出了几种三输入比较器的设计方法，经过仿真测试，所设计的比较器具有正确的逻辑功能。
1 基于QCA 的三输入数值比较器设计
三输入数值比较器是用来判断3个数大小关
万方数据