一种利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器制造技术

本发明专利技术公开了一种利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器，包括一个低位计数单元和n个电路结构相同的高位计数单元，低位计数单元包括第一三值脉冲型D触发器、第一二选一选择器、第一模加1电路和第一模加2电路，高位计数单元包括第二三值脉冲型D触发器、第二二选一选择器、第二模加1电路、第二模加2电路和进位/借位电路；优点是每一级计数单元的时钟信号都是通过进位/借位电路将前一级计数单元的时钟信号处理后输入，保证了每一级计数单元只在需要计数的时候接收时钟信号，减少了计数器因时钟信号变化而产生的冗余跳变，从而降低了电路的动态功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器
本专利技术涉及一种计数器，尤其是涉及一种利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器。
技术介绍
随着信息社会的高速发展，集成电路行业也在不断地向前发展，传统的数字电路由二值逻辑设计，因此芯片的集成度和信息量受二值逻辑的制约而无法进一步提高。在这一背景下，多值逻辑随之出现并发展起来从而进一步提高芯片的集成度。在信息携带量上，多值逻辑在每根信号线上所携带的信息量要多于二值逻辑。因此相比于二值逻辑，多值逻辑可以用更少的信号线处理相同的数据，从而有效地减少信号线数量和芯片的面积及提高集成电路的信息密度。碳纳米管由于有良好的电学性质，在应用到场效应管后所形成的碳纳米场效应晶体管(CNFET)具备超越金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的性质。单壁碳纳米管内的自由电子可以沿着管径方向无任何散射的进行长距离移动，即一维弹道运输。这一特性使得CNFET应用到集成电路中后，可以突破工艺限制，同时也使得CNFET具有高速低功耗的特性且非常适合于设计超高速电路设计。与MOSFET类似，CNFET也分为P型CNFET和N型CNFET两种。计数器是数字逻辑电路不可或缺的一个器件，它可以实现对脉冲个数的计数，还可以进行数字运算和产生脉冲序列等。计数器主要由一些控制门和各类具有存储信息功能的触发器组成，常见的构成三值计数器的触发器有D触发器和JKL触发器。传统的两位三值计数器结构如图1所示。其中F0和F1为JKL触发器，A为三值与门，B为二值与门，D1和D2为三值文字2运算电路。开始工作时，每当时钟CP上升沿到来时，计数器输出加1；当低位计数器F0输出端Q0输出为逻辑值“2”后，时钟信号CP上升沿来临时，高位计数器F1输出端Q1输出加1，直至计数器输出Q1Q0为22后，进位信号C输出高电平。目前，在采用该两位三值计数器构建多位计数器时，将JK触发器、三值文字2运算电路和二值与门作为一个单元依次增加级联，所有的JKL触发器的时钟输入端都接至同一时钟信号，因此每当时钟信号改变时，在不需要产生变化的JKL触发器内部的晶体管会有冗余的状态变化，从而增加电路的功耗，以致该计数器功耗较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种在具有正确的逻辑功能的基础上，功耗较小的利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器，包括一个低位计数单元和n个电路结构相同的高位计数单元，n为大于等于1的整数；所述的低位计数单元包括第一三值脉冲型D触发器、第一二选一选择器、第一模加1电路和第一模加2电路，所述的第一三值脉冲型D触发器具有输入端、时钟端、置位端、复位端和输出端，所述的第一二选一选择器具有第一输入端、第二输入端选择端和输出端，所述的第一模加1电路具有输入端和输出端，所述的第一模加2电路具有输入端和输出端，所述的第一二选一选择器的输出端和所述的第一三值脉冲型D触发器的输入端连接，所述的第一二选一选择器的第一输入端和所述的第一模加1电路的输出端连接，所述的第一二选一选择器的第二输入端和所述的第一模加2电路的输出端连接，所述的第一模加1电路的输入端、所述的第一模加2电路的输入端和所述的第一三值脉冲型D触发器的输出端连接且其连接端为所述的低位计数单元的输出端，所述的第一三值脉冲型D触发器的时钟端为所述的低位计数单元的时钟端，所述的第一三值脉冲型D触发器的置位端为所述的低位计数单元的置位端，所述的第一三值脉冲型D触发器的复位端为所述的低位计数单元的复位端，所述的第一二选一选择器的选择端为所述的低位计数单元的选择端；所述的高位计数单元包括第二三值脉冲型D触发器、第二二选一选择器、第二模加1电路、第二模加2电路和进位/借位电路，所述的第二三值脉冲型D触发器具有输入端、时钟端、置位端、复位端和输出端，所述的第二二选一选择器具有第一输入端、第二输入端、选择端和输出端，所述的第二模加1电路具有输入端和输出端，所述的第二模加2电路具有输入端和输出端，所述的进位/借位电路具有数据输入端、选择端、时钟输入端和时钟输出端，所述的第二二选一选择器的输出端和所述的第二三值脉冲型D触发器的输入端连接，所述的第二二选一选择器的第一输入端和所述的第二模加1电路的输出端连接，所述的第二二选一选择器的第二输入端和所述的第二模加2电路的输出端连接，所述的第二模加1电路的输入端、所述的第二模加2电路的输入端和所述的第二三值脉冲型D触发器的输出端连接且其连接端为所述的高位计数单元的输出端，所述的第二三值脉冲型D触发器的置位端为所述的高位计数单元的置位端，所述的第二三值脉冲型D触发器的复位端为所述的高位计数单元的复位端，所述的进位/借位电路的时钟输入端为所述的高位计数单元的时钟输入端，所述的进位/借位电路的时钟输出端和所述的第二三值脉冲型D触发器的时钟端连接且其连接端为所述的高位计数单元的时钟输出端，所述的进位/借位电路的数据输入端为所述的高位计数单元的数据输入端，所述的第二二选一选择器的选择端和所述的进位/借位电路的选择端连接且其连接端为所述的高位计数单元的选择端；所述的低位计数单元的置位端和n个所述的高位计数单元的置位端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的置位端，用于接入置位信号，所述的低位计数单元的复位端和n个所述的高位计数单元的复位端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的复位端，用于接入复位信号，所述的低位计数单元的选择端和n个所述的高位计数单元的选择端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的选择端，用于接入选择信号，所述的低位计数单元的时钟端和第1位所述的高位计数单元的时钟输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的时钟输入端，用于接入时钟信号，所述的低位计数单元的输出端和第1位所述的高位计数单元的数据输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的第1位计数信号输出端，第k位所述的高位计数单元的时钟输出端和第k+1位所述的高位计数单元的时钟输入端连接，第k位所述的高位计数单元的输出端和第k+1位所述的高位计数单元的数据输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的第k+1位计数信号输出端，k＝1，2，…，n-1，第n位所述的高位计数单元的输出端为所述的三值可逆计数器的第n+1位计数信号输出端。所述的第一三值脉冲型D触发器包括第一P型CNFET管、第二P型CNFET管、第三P型CNFET管、第四P型CNFET管、第五P型CNFET管、第六P型CNFET管、第七P型CNFET管、第八P型CNFET管、第九P型CNFET管、第十P型CNFET管、第十一P型CNFET管、第十二P型CNFET管、第一N型CNFET管、第二N型CNFET管、第三N型CNFET管、第四N型CNFET管、第五N型CNFET管、第六N型CNFET管、第七N型CNFET管、第八N型CNFET管、第九N型CNFET管、第十N型CNFET管、第十一N型CNFET管、第十二N型CNFET管、第十三N型CNFET管、第十四N型CNFET管和第一反相器；所述的第一P型CNFET管的源极、所述的第二P型CNFET管的源极、所述的第三P型CNFET管的源极、所述的第四P型CNFET管的源极、所述的第五P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器，其特征在于包括一个低位计数单元和n个电路结构相同的高位计数单元，n为大于等于1的整数；所述的低位计数单元包括第一三值脉冲型D触发器、第一二选一选择器、第一模加1电路和第一模加2电路，所述的第一三值脉冲型D触发器具有输入端、时钟端、置位端、复位端和输出端，所述的第一二选一选择器具有第一输入端、第二输入端选择端和输出端，所述的第一模加1电路具有输入端和输出端，所述的第一模加2电路具有输入端和输出端，所述的第一二选一选择器的输出端和所述的第一三值脉冲型D触发器的输入端连接，所述的第一二选一选择器的第一输入端和所述的第一模加1电路的输出端连接，所述的第一二选一选择器的第二输入端和所述的第一模加2电路的输出端连接，所述的第一模加1电路的输入端、所述的第一模加2电路的输入端和所述的第一三值脉冲型D触发器的输出端连接且其连接端为所述的低位计数单元的输出端，所述的第一三值脉冲型D触发器的时钟端为所述的低位计数单元的时钟端，所述的第一三值脉冲型D触发器的置位端为所述的低位计数单元的置位端，所述的第一三值脉冲型D触发器的复位端为所述的低位计数单元的复位端，所述的第一二选一选择器的选择端为所述的低位计数单元的选择端；所述的高位计数单元包括第二三值脉冲型D触发器、第二二选一选择器、第二模加1电路、第二模加2电路和进位/借位电路，所述的第二三值脉冲型D触发器具有输入端、时钟端、置位端、复位端和输出端，所述的第二二选一选择器具有第一输入端、第二输入端、选择端和输出端，所述的第二模加1电路具有输入端和输出端，所述的第二模加2电路具有输入端和输出端，所述的进位/借位电路具有数据输入端、选择端、时钟输入端和时钟输出端，所述的第二二选一选择器的输出端和所述的第二三值脉冲型D触发器的输入端连接，所述的第二二选一选择器的第一输入端和所述的第二模加1电路的输出端连接，所述的第二二选一选择器的第二输入端和所述的第二模加2电路的输出端连接，所述的第二模加1电路的输入端、所述的第二模加2电路的输入端和所述的第二三值脉冲型D触发器的输出端连接且其连接端为所述的高位计数单元的输出端，所述的第二三值脉冲型D触发器的置位端为所述的高位计数单元的置位端，所述的第二三值脉冲型D触发器的复位端为所述的高位计数单元的复位端，所述的进位/借位电路的时钟输入端为所述的高位计数单元的时钟输入端，所述的进位/借位电路的时钟输出端和所述的第二三值脉冲型D触发器的时钟端连接且其连接端为所述的高位计数单元的时钟输出端，所述的进位/借位电路的数据输入端为所述的高位计数单元的数据输入端，所述的第二二选一选择器的选择端和所述的进位/借位电路的选择端连接且其连接端为所述的高位计数单元的选择端；所述的低位计数单元的置位端和n个所述的高位计数单元的置位端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的置位端，用于接入置位信号，所述的低位计数单元的复位端和n个所述的高位计数单元的复位端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的复位端，用于接入复位信号，所述的低位计数单元的选择端和n个所述的高位计数单元的选择端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的选择端，用于接入选择信号，所述的低位计数单元的时钟端和第1位所述的高位计数单元的时钟输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的时钟输入端，用于接入时钟信号，所述的低位计数单元的输出端和第1位所述的高位计数单元的数据输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的第1位计数信号输出端，第k位所述的高位计数单元的时钟输出端和第k+1位所述的高位计数单元的时钟输入端连接，第k位所述的高位计数单元的输出端和第k+1位所述的高位计数单元的数据输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的第k+1位计数信号输出端，k＝1，2，…，n‑1，第n位所述的高位计数单元的输出端为所述的三值可逆计数器的第n+1位计数信号输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器，其特征在于包括一个低位计数单元和n个电路结构相同的高位计数单元，n为大于等于1的整数；所述的低位计数单元包括第一三值脉冲型D触发器、第一二选一选择器、第一模加1电路和第一模加2电路，所述的第一三值脉冲型D触发器具有输入端、时钟端、置位端、复位端和输出端，所述的第一二选一选择器具有第一输入端、第二输入端选择端和输出端，所述的第一模加1电路具有输入端和输出端，所述的第一模加2电路具有输入端和输出端，所述的第一二选一选择器的输出端和所述的第一三值脉冲型D触发器的输入端连接，所述的第一二选一选择器的第一输入端和所述的第一模加1电路的输出端连接，所述的第一二选一选择器的第二输入端和所述的第一模加2电路的输出端连接，所述的第一模加1电路的输入端、所述的第一模加2电路的输入端和所述的第一三值脉冲型D触发器的输出端连接且其连接端为所述的低位计数单元的输出端，所述的第一三值脉冲型D触发器的时钟端为所述的低位计数单元的时钟端，所述的第一三值脉冲型D触发器的置位端为所述的低位计数单元的置位端，所述的第一三值脉冲型D触发器的复位端为所述的低位计数单元的复位端，所述的第一二选一选择器的选择端为所述的低位计数单元的选择端；所述的高位计数单元包括第二三值脉冲型D触发器、第二二选一选择器、第二模加1电路、第二模加2电路和进位/借位电路，所述的第二三值脉冲型D触发器具有输入端、时钟端、置位端、复位端和输出端，所述的第二二选一选择器具有第一输入端、第二输入端、选择端和输出端，所述的第二模加1电路具有输入端和输出端，所述的第二模加2电路具有输入端和输出端，所述的进位/借位电路具有数据输入端、选择端、时钟输入端和时钟输出端，所述的第二二选一选择器的输出端和所述的第二三值脉冲型D触发器的输入端连接，所述的第二二选一选择器的第一输入端和所述的第二模加1电路的输出端连接，所述的第二二选一选择器的第二输入端和所述的第二模加2电路的输出端连接，所述的第二模加1电路的输入端、所述的第二模加2电路的输入端和所述的第二三值脉冲型D触发器的输出端连接且其连接端为所述的高位计数单元的输出端，所述的第二三值脉冲型D触发器的置位端为所述的高位计数单元的置位端，所述的第二三值脉冲型D触发器的复位端为所述的高位计数单元的复位端，所述的进位/借位电路的时钟输入端为所述的高位计数单元的时钟输入端，所述的进位/借位电路的时钟输出端和所述的第二三值脉冲型D触发器的时钟端连接且其连接端为所述的高位计数单元的时钟输出端，所述的进位/借位电路的数据输入端为所述的高位计数单元的数据输入端，所述的第二二选一选择器的选择端和所述的进位/借位电路的选择端连接且其连接端为所述的高位计数单元的选择端；所述的低位计数单元的置位端和n个所述的高位计数单元的置位端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的置位端，用于接入置位信号，所述的低位计数单元的复位端和n个所述的高位计数单元的复位端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的复位端，用于接入复位信号，所述的低位计数单元的选择端和n个所述的高位计数单元的选择端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的选择端，用于接入选择信号，所述的低位计数单元的时钟端和第1位所述的高位计数单元的时钟输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的时钟输入端，用于接入时钟信号，所述的低位计数单元的输出端和第1位所述的高位计数单元的数据输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的第1位计数信号输出端，第k位所述的高位计数单元的时钟输出端和第k+1位所述的高位计数单元的时钟输入端连接，第k位所述的高位计数单元的输出端和第k+1位所述的高位计数单元的数据输入端连接且其连接端为所述的三值可逆计数器的第k+1位计数信号输出端，k＝1，2，…，n-1，第n位所述的高位计数单元的输出端为所述的三值可逆计数器的第n+1位计数信号输出端。2.根据权利要求1所述的一种利用碳纳米场效应晶体管的三值可逆计数器，其特征在于所述的第一三值脉冲型D触发器包括第一P型CNFET管、第二P型CNFET管、第三P型CNFET管、第四P型CNFET管、第五P型CNFET管、第六P型CNFET管、第七P型CNFET管、第八P型CNFET管、第九P型CNFET管、第十P型CNFET管、第十一P型CNFET管、第十二P型CNFET管、第一N型CNFET管、第二N型CNFET管、第三N型CNFET管、第四N型CNFET管、第五N型CNFET管、第六N型CNFET管、第七N型CNFET管、第八N型CNFET管、第九N型CNFET管、第十N型CNFET管、第十一N型CNFET管、第十二N型CNFET管、第十三N型CNFET管、第十四N型CNFET管和第一反相器；所述的第一P型CNFET管的源极、所述的第二P型CNFET管的源极、所述的第三P型CNFET管的源极、所述的第四P型CNFET管的源极、所述的第五P型CNFET管的源极、所述的第六P型CNFET管的源极、所述的第九P型CNFET管的源极、所述的第十P型CNFET管的源极和所述的第十二P型CNFET管的源极均接入第一电源，所述的第八P型CNFET管的源极接入第二电源，所述的第二电源的幅值电压是所述的第一电源的一半；所述的第一P型CNFET管的栅极、所述的第二N型CNFET管的源极、所述的第三N型CNFET管的源极、所述的第四N型CNFET管的源极、所述的第六N型CNFET管的源极、所述的第八N型CNFET管的源极、所述的第十一N型CNFET管的源极、所述的第十三N型CNFET管的源极和所述的第十四N型CNFET管的源极均接地，所述的第一P型CNFET管的漏极、所述的第二P型CNFET管的栅极、所述的第一N型CNFET管的漏极、所述的第三N型CNFET管的栅极和所述的第七P型CNFET管的栅极连接且其连接端为所述的第一三值脉冲型D触发器的时钟端，所述的第二P型CNFET管的漏极、所述的第三N型CNFET管的漏极、所述的第七N型CNFET管的栅极和所述的第九N型CNFET管的栅极连接，所述的第三P型CNFET管的栅极、所述的第四N型CNFET管的栅极、所述的第五P型CNFET管的栅极、所述的第六N型CNFET管的栅极、所述的第六P型CNFET管的栅极和所述的第八N型CNFET管的栅极连接且其连接端为所述的第一三值脉冲型D触发器的输入端，所述的第三P型CNFET管的漏极、所述的第四P型CNFET管的栅极、所述的第四N型CNFET管的漏极和所述的第五N型CNFET管的栅极连接，所述的第四P型CNFET管的漏极、所述的第五P型CNFET管的漏极、所述的第五N型CNFET管的漏极和所述的第八P型CNFET管的栅极连接，所述的第一N型CNFET管的栅极和所述的第一反相器的输入端连接，所述的第一N型CNFET管的源极和所述的第二N型CNFET管的漏极连接，所述的第二N型CNFET管的栅极和所述的第一反相器的输出端连接，所述的第五N型CNFET管的源极和所述的第六N型CNFET管的漏极连接，所述的第六P型CNFET管的漏极和所述的第七P型CNFET管的源极连接，所述的第七P型CNFET管的漏极、所述的第七N型CNFET管的漏极、所述的第九N型CNFET管的源极、所述的第十N型CNFET管的漏极、所述的第九P型CNFET管的漏极、所述的第十P型CNFET管的栅极、所述的第十二P型CNFET管的栅极、所述的第十三N型CNFET管的栅极和所述的第十四N型CNFET管的栅极连接，所述的第八P型CNFET管的漏极和所述的第九N型CNFET管的漏极连接，所述的第九P型CNFET管的栅极和所述的第十一N型CNFET管的栅极连接且...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪鹏君，康耀鹏，张跃军，李刚，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33