40、材料集成传感系统中的数字逻辑技术与计算约束

材料集成传感系统中的数字逻辑技术与计算约束

1. 寄存器传输系统与代理处理平台

在数字逻辑设计中，寄存器传输系统有着独特的原理。其计算由组合逻辑嵌入寄存器层之间完成，同时存在状态机控制的数据路径。表达式计算的并行执行能减少控制状态数量，但会阻碍资源共享，进而降低数据路径资源需求。

对于代理处理平台，PCSP 代理处理平台适用于特定应用的数字逻辑实现，不过有一定条件限制。当支持的代理类数量较少（少于 10 个），且每个代理类的计算步骤少于 100 步时较为合适。PCSP 平台的控制路径复杂度会随支持的代理类数量和代理的计算复杂度增加而上升。而可编程的 PAVM 代理处理平台因处理器存在显著的资源阈值，但其控制路径几乎恒定，与代理类数量及其计算复杂度无关，仅所需的 RAM 资源与支持的代理类数量及其复杂度呈线性关系。

2. CMOS/Si 基 ASIC 技术

如今，互补金属氧化物半导体（CMOS）技术是数字逻辑设计中常用的晶体管架构。CMOS 单元由两个互补的场效应晶体管（FET）组成。与双极晶体管这种电流控制的电流源不同，FET 作为电压控制的电流源，在构建数字逻辑单元时无需额外组件（如电阻或二极管）。基本的组合逻辑门可用 CMOS 单元轻松实现，基本的 CMOS 单元是反相器，所以所有使用最少晶体管的基本门都是反相单元（如与非门、或非门）。

常见的 CMOS 技术基于硅，MOS 晶体管由 n 型或 p 型掺杂的硅块材料构成，其中嵌入的 n+或 p+掺杂区域作为电荷源（S）和漏极（D）。控制源极和漏极之间电流流动的栅极（G）通过绝缘层（SiO₂）连接。像锁存器这样的时序电路可由组合门（反相器）通过信号反向传播和实现时钟切换（激活）的多路复