基于T门的25混值十值全加器设计研究.pdf

中国电子学会电路与系统学会第十九届年会论文集 基于T门的2-5混值／十值全加器设计 汪鹏君 郁军军 31 (宁波大学电路与系统研究所 宁波 5211) 摘要：本文首先提出2—5混值编码，然后运用T运算设计2-5混值／十值T门，在此基础上设计2—5混值／ 十值全加器。最后用PSPICE模拟验证所设计的电路具有正确的逻辑功能。 关键词：2-5混值编码T运算十值全加器电路设计 一、引言 多值逻辑电路不仅能增加单线携带信息的能力，提高数字电路的信息密度，而且可以减少 VLSI引线数…，对它的研究受§0世界范围内的关注。在日常生活中人们已经习惯了十进制数字， 而十值逻辑正好与之对应。但由于直接设计十值逻辑电路不仅要求较高的电源电压，而且阈值 检测困难，所以以前对多值逻辑的研究大多侧重三值或四值逻辑电路【l。J，此方面的研究很少。 为了更合理地设计十值逻辑电路，文献[3]提出了一种有效的2-3混值编码方法并设计了相应的 混值计数器。该方案用一个三值触发器及二个二值触发器设计十进制计数器，由于三个触发器 可表示的状态数为3×2×2=12，因此存在二个冗余态。如采用2．5混值逻辑”1则可以构成无 冗余的十进制编码，编码效率可达到100％，并且它恰好与中国算盘相对应，易被人们所接受。 鉴此．本文首先提出2-5混值编码，然后运用T运算设计2-5混值／十值T门，在此基础上设计 2-5混值／十值全加器。最后用PSPICE模拟验证所设计的电路具有正确的逻辑功能。 二、2—5混值编码与T运算 对于一位十值信号，如果采用三值信号编码，则需三位三值信号，编码效率仅为10／33= 37．04％，有17个冗余项，这不仅浪费集成电路面积，而且也将影响电路工作的可靠性。如果 引入2-5混值编码，则仅需一位二值信号和一位五值信号，如表1所示。其中a。表示二值信 逻辑值4所对应的电平相等。ct：口5组成的编码方案称为算盘编码，它具有权，白补等特性【【j。 从表1我们可以发现2-5混值编码没有任何冗余态，编码效率可蛆达到100％。 表l 2-5涅值编码 ， a2 05 r a2 a5 为了将运算后的十值结果直接输出，将采用文献【1】提出的n值T运算来实现相应的电路。 其中s为控制变量，x。为输入变奄，S表示文字运算。 为减少电路设计时所用T门的数量。通常采用一种直观的方法对T门进行化简，具体化简 原则旧如一F： (1)若一个T门的各端数据输入完全一样，这个T门可省去，只将T门的数据输入作为其 中困电子学会电路与系统学会第十九届年会论文集 输出即可； (2)若两个或两个以上T门的数据输入完全相同，则可共用一个T1、_J输入。 所以，采用T门设计多值数字系统的步骤为：先根据设计要求写出多值函数式或直接列出 真值表，然后按化简方法进行化简，最屙画出逻辑电路图。 三、2—5混值／十值T门的设计 根据T运算的定义可设计2-5混值／十值T门。我们将二值信号a，和五值信号出作为控制 信号。而十值信号，作为输出信号(其中‰、孙．、X9为十值逻辑电平)，根据2-5混值编码原 则，可得到： +x3a2aoas,，3+■。2印如“ r=7IXo，xl，。’Xg；a5，。2]=roa2ao。5鄙+xla2aoa50q+恐吐椰吩以 +x6a284a5dl+xTa2d4ct582+xsa2d4asd34-xga284058,, 由式(1)可知，要实现T门首先要设计=值阀门、五值闽门及二值反相器、五值反相器。 由文献[7]的电路三要素理论和文献[8]可以得到图1、2所示的2-5混值闽门和2-5混值反相器。 啦蘑￡享“。』等豢每刊鲁瓦每引拳。 (a) (b) I鳘11 2f5混值闽门：(a)二值蝴f]：(b)五值阐门 。：』