10、量子点元胞自动机（QCA）技术中的高速比较器、奇偶校验生成器与多路复用器设计

量子点元胞自动机（QCA）技术中的高速比较器、奇偶校验生成器与多路复用器设计

1. QCA 技术中的高速比较器与奇偶校验生成器

在数字电路设计领域，传统的 CMOS 技术在纳米尺度下面临着诸多缩放问题。而量子点元胞自动机（QCA）技术作为一种新兴的纳米技术，凭借其高集成度和高开关频率等优势，成为了替代 CMOS 技术的有力候选者。下面将详细介绍基于 QCA 技术的高速比较器和奇偶校验生成器的设计与性能。

1.1 4 位奇偶校验生成器设计

设计的 4 位奇偶校验生成器采用了紧凑的共面设计。该设计中，每个异或门输出都经过精心计算，整个设计需要 50 个 QCA 单元来实现，单元复杂度为 50。其总占用面积为 0.08 µm²，QCA 单元的覆盖面积为 0.016 µm²，占总面积的 20%。此设计需要四个时钟区域来将逻辑值从输入引脚传输到输出引脚，以产生正确的输出，总延迟仅为一个时钟周期。

此外，还基于最优异或门开发了 8 位和 16 位奇偶校验生成器。例如，16 位奇偶校验生成器的布局仅需要 294 个 QCA 单元，相较于其他设计，单元数量减少了 38%。

1.2 仿真结果与分析

• 仿真工具与设置 ：所有布局设计和仿真分析均在 QCA Designer 2.03 上进行，使用双稳态近似引擎及其默认设置。
• 比较器仿真 ：1 位比较器的仿真波形验证了所提出结构的正确性。比较器在两个时钟相位后（即时钟 2）能给出正确结果。
• 奇偶校验生成器仿真 ：4