对称CMOS基本单元电路设计(对称二值，对称三值)

摘要 
基于开关信号理论，建立对称传输电流开关理论，在该理论指导下设计对称二值以及对称三值电流型CMOS数字电路。应用该理论于对称二值电流型电路上，可设计出简单的电路结构，较为准确的逻辑功能。应用该理论设计的对称三值电流型CMOS电路不仅具有简单的电路结构和正确的逻辑功能，而且能处理具有双向特性的信号，实现复杂的逻辑功能。运用计算机模拟结果，表明具有理想的功能特性。
基于适用于电流型CMOS的传输函数理论，本文设计实现了电流型CMOS二值和三值单变量整形器，三值模三加法器，编码器电路。这些电路具有简单的电路结构和正确的逻辑功能，从而表明该理论能有效地指导电流型CMOS在开关级的逻辑设计。
关键词：CMOS电路 ，对称二值，对称三值，加法器，编码器

THE DESIGN OF SYMMETRIC FUNDAMENTAL CMOS UNITS
Abstract:
By applying switch-signal theory, the theory of transmission current-switches based on symmetric logic is proposed, this theory is suitable to design symmetric binary current-mode CMOS circuits and symmetric ternary current-mode CMOS circuits. The symmetric binary current-mode CMOS circuits designed by using this theory not only have simple circuit structures but also can get current logic functions. And the symmetric ternary current-mode CMOS circuits designed by using this theory not only have simpler circuit structures and correct logic functions, but also can process tow-way signal, realize sophisticated logic functions. The result of computer simulation shows that the designed circuit has nearly ideal and characteristic function.
Based on the transmission function theory that suitable to current-mode CMOS circuits, the current-mode circuits realizing binary tracker, ternary tracker, ternary adder and ternary coder operations are designed. These circuits have simple structures and correct logic function, which confirm that this theory can efficiently guide the switch-level logic design of current-mode CMOS circuits.
Keywords: current-mode CMOS circuits, ternary circuits, binary circuits, adder, coder

本文将开关信号理论应用与采用对称二值逻辑和对称三值逻辑的电流型CMOS电路的设计，分别建立了采用对称二值和对称三值的传输开关理论。利用该理论可以从函数真值表或定义式获得展开形式，从而获得电路实现。设计试验表明，它能成功地指导对称二值和三值电流型CMOS电路的设计，且设计的电路具有简单的电路结构和良好的特性。
对称二值电路拥有设计简单方便，使用灵活的特点，适用与简单电路的设计，和较为简单的逻辑功能的实现。便于修改，可在原来简单的电路基础上，稍做变动，实现较为复杂的逻辑功能。但是，二值对称电路的信号携带量少，对逻辑功能的实现形式不够丰富，往往为实现较复杂的逻辑而设计大规模的电路。且信号的准确性不高，PSPICE模拟的图形中，由较大的偏移。所以引入三值的对称逻辑功能。
对称三值CMOS电路弥补了二值信号的单一性，令信号丰富，逻辑功能复杂且所设计的电路也相对简单。由于对称三值逻辑的取值性质刚好吻合电流信号的双向特性，因此如上文所设计的对称三值电流型CMOS电路可以处理具有双向特性的信号，令逻辑功能的实现形式丰富多彩。且在PSPICE模拟中，准确性大大提高，图形精确，偏移量少。是一种更加有效的设计手段。
本文所提出的设计实例仅限于基本电路，但提供的理论和方法可以运用于更复杂电路的设计。通过对称二值和对称三值电路的设计，其设计理念和方法更可以推广到多值对称电流型CMOS基本单元设计。

目录 
摘要 ……………………………………………………………………………… 2
Abstract …………………………………………………………………………… 3
1 引言  ……………………………………………………………………………… 4
2 用于CMOS数字电路设计的谱技术基本理论，及开关信号理论 ………… 5
2.1谱技术的基本运算 ………………………………………………………… 5
2.2传输电流开关理论 ………………………………………………………… 5
2.2.1开关变量和开关代数 ……………………………………………………… 5
2.2.2基于谱技术的对称二值信号及其代数 …………………………………… 5
2.2.3信号变量到开关变量的结合运算 ………………………………………… 6
2.3三值对称电路的信号取样及开关信号理论 …………………………… 6
3 基于谱技术的对称电流型CMOS基本单元设计 ………………… 7
3.1恒流源和电流镜 ……………………………………………………………… 7
3.2单变量整形器 ………………………………………………………………… 9
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3.2.1二值单变量整形器 ………………………………………………………… 9
3.2.2三值单变量整型器 …………………………………………………………… 11
4 检正运算电路和检负运算电路 …………………………………………… 13
4.1二值检正、检负运算电路 …………………………………………………… 16
5 对称模加电路 …………………………………………………………………… 17
5.1极性电路………………………………………………………………………… 17
5.2对称三值变量 x ,y 的模3 加 …………………………………………… 18
6  三值编码器 …………………………………………………………………… 19
7  结论 …………………………………………………………………………… 20

参考文献
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