專利名稱：一種基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在線檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中錯誤的電路，尤其涉及一種基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測電路，同時具有自糾正功能。
背景技術(shù)：
在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，由于受到傳輸系統(tǒng)本身的器件穩(wěn)定性和外界環(huán)境因素的影響，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中會出現(xiàn)傳輸錯誤。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸錯誤檢測與糾正電路都是不可逆的，在進(jìn)行不可逆計算過程中會伴隨著信息位的丟失，導(dǎo)致電路的能耗較大。
Landauer指出，傳統(tǒng)的數(shù)字電路中常用的與門、異或門等這些不可逆的門構(gòu)造的電路在運(yùn)行過程中，不可避免的會產(chǎn)生能量的損耗。每一位信息的丟失對應(yīng)KT*Ln2焦耳的熱量產(chǎn)生，其中K是波爾茲曼常量，T是絕對溫度，在室溫下，雖然能量的散失很少，但是在計算過程中消耗的總能量同信息位丟失的數(shù)目成正比的，在大規(guī)模集成電路中，帶來的能耗損失直接會導(dǎo)致功耗急劇增加，同時產(chǎn)生的大量的熱量也會使系統(tǒng)變得更不穩(wěn)定。 Bennett證明了如果計算是以可逆的方式進(jìn)行，就不會產(chǎn)生KT*Ln2的能量消耗。但是只有當(dāng)系統(tǒng)由可逆門構(gòu)成時，才能夠?qū)崿F(xiàn)可逆計算。
Deutsch證明了量子邏輯門均為通用邏輯門，而量子邏輯門具備可逆操作的特性， 滿足可逆計算的要求，其通過級聯(lián)的方式可以綜合設(shè)計量子邏輯電路，量子邏輯電路由于其特殊的結(jié)構(gòu)性，不存在信息位的丟失和電能與熱能的轉(zhuǎn)換，從而從根本上解決了傳統(tǒng)不可逆邏輯電路的熱耗問題。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明要解決技術(shù)問題是提供一種在信號傳輸過程中能夠進(jìn)行檢測以及自糾正的量子可逆邏輯電路，其在提高電路的容錯能力的同時，可大大降低電路的功耗。
技術(shù)方案
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路由數(shù)據(jù)發(fā)送電路、錯誤檢測電路和錯誤糾正電路組成；其中，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路由信號復(fù)制電路和漢明校驗碼生成電路組成，所述的錯誤檢測電路由信號接收電路和錯誤檢測因子生成電路組成，所述的錯誤糾正電路由一個可逆3-8譯碼器和信號修正電路組成；信號復(fù)制電路的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和第四輸出端分別與信號接收電路的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端連接；信號復(fù)制電路的第五輸出端、第六輸出端、第七輸出端、第八輸出端和第九輸出端分別與漢明校驗碼生成電路的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端和第五輸入端連接；信號接收電路的第一輸出端、第三輸出端和第五輸出端分別與信號修正電路的第一輸入端、第三輸入端和第五輸入端連接；信號接收電路的第二輸出端、第四輸出端和第六輸出端分別與錯誤檢測因子生成電路的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端連接；漢明校驗碼生成電路的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端與錯誤檢測因子生成電路的第四輸入端、第五輸入端和第六輸入端連接；漢明校驗碼生成電路的第四輸出端的輸出信號作為信號復(fù)制電路的一個輸入信號；錯誤檢測因子生成電路的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端分別與可逆3-8譯碼器的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端連接；可逆3-8譯碼器的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和第五輸出端分別與信號修正電路的第二輸入端、第四輸入端、第六輸入端和第八輸入端連接；信號修正電路輸出最終信號。
更進(jìn)一步地，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路中，信號復(fù)制電路由至少兩個F2G門級聯(lián)組成， 用于完成信號的傳輸。
所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路中，漢明校驗碼生成電路是由兩個相互獨(dú)立的F2G門構(gòu)成。
所述的錯誤檢測電路中，信號接收電路由若干個F2G門級聯(lián)構(gòu)成。
所述的錯誤檢測電路中，所述的錯誤檢測因子生成電路由若干個獨(dú)立的F2G門構(gòu)成。
所述的錯誤糾正電路中，可逆3-8譯碼器由7個FRG門級聯(lián)組成，所述的可逆3_8 譯碼器的輸入信號由錯誤檢測因子電路提供。
所述的錯誤糾正電路中，信號修正電路由四個獨(dú)立的F2G門構(gòu)成，信號修正電路輸入端與可逆3-8譯碼器的輸出端連接。
本發(fā)明的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路中，信號復(fù)制電路完成對輸入信號的復(fù)制和傳輸，漢明校驗碼生成電路利用其中一組復(fù)制數(shù)據(jù)生成所需的三個漢明校驗碼信號。這三個信號將作為錯誤檢測因子生成電路中三個獨(dú)立F2G門的第二比特的輸入。而在錯誤檢測電路部分，首先由信號接收電路會對接收的信號進(jìn)行兩種處理，一種是對接收的信號進(jìn)行復(fù)制后輸出到信號修正電路中，另一種則是對接收到的四位信號進(jìn)行特定的異或處理，將得到的三個信號作為錯誤檢測因子生成電路的三個獨(dú)立F2G門的第一比特的輸入，同時這三個F2G門的第三比特輸入設(shè)置為常量0。通過F2G門，將從接收的信號所獲取的漢明校驗碼與數(shù)據(jù)發(fā)送電路生成的漢明校驗碼進(jìn)行異或處理，得到三個錯誤檢測因子。這三個錯誤檢測因子則作為可逆3-8譯碼器的三個有效輸入，可逆3-8譯碼器其余所有的輸入比特設(shè)置為常數(shù)0。通過3-8譯碼器對錯誤檢測因子進(jìn)行譯碼，確定出錯點(diǎn)的位置，最后通過信號修正電路對電路接收到的錯誤信號進(jìn)行取反操作，將錯誤信號恢復(fù)為正確信號。
有益效果
本發(fā)明的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路中進(jìn)行了基于可逆邏輯門的可逆設(shè)計，在錯誤檢測和自糾正的過程中符合實(shí)時性的要求，而且利用可逆邏輯門進(jìn)行可逆計算避免了由于不可逆計算導(dǎo)致信息位的擦除，降低了能耗，減少了應(yīng)用此類傳輸檢測和自糾正電路的數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)的能耗。


圖1是F2G門示意圖2是FRG門示意圖3(a)為數(shù)據(jù)復(fù)制電路示意圖，(b)為漢明校驗碼生成電路示意圖4為信號接收電路示意圖5為錯誤檢測因子生成電路示意圖6為可逆3-8譯碼器示意圖7為信號修正電路示意圖8為本發(fā)明一個實(shí)施例的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖8所示，本實(shí)施例的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路由數(shù)據(jù)發(fā)送電路、錯誤檢測電路和錯誤糾正電路組成。所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路由信號復(fù)制電路和漢明校驗碼生成電路組成，所述的錯誤檢測電路由信號接收電路和錯誤檢測因子生成電路組成，所述的錯誤糾正電路由一個可逆3-8譯碼器和信號修正電路組成；信號復(fù)制電路的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和第四輸出端分別與信號接收電路的第一輸入端、 第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端連接；信號復(fù)制電路的第五輸出端、第六輸出端、第七輸出端、第八輸出端和第九輸出端分別與漢明校驗碼生成電路的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端和第五輸入端連接；信號接收電路的第一輸出端、第三輸出端和第五輸出端分別與信號修正電路的第一輸入端、第三輸入端和第五輸入端連接；信號接收電路的第二輸出端、第四輸出端和第六輸出端分別與錯誤檢測因子生成電路的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端連接；漢明校驗碼生成電路的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端與錯誤檢測因子生成電路的第四輸入端、第五輸入端和第六輸入端連接；漢明校驗碼生成電路的第四輸出端的輸出信號作為信號復(fù)制電路的一個輸入信號；錯誤檢測因子生成電路的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端分別與可逆3-8譯碼器的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端連接；可逆3-8譯碼器的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和第五輸出端分別與信號修正電路的第二輸入端、第四輸入端、第六輸入端和第八輸入端連接； 信號修正電路輸出最終信號。
以下結(jié)合附圖具體說明各電路組成部分的構(gòu)建。
如圖3所示，完整的數(shù)據(jù)發(fā)送電路包括信號復(fù)制電路(如圖3(a)所示)和漢明校驗碼生成電路(如圖3(b)所示)。本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)發(fā)送電路主要由6個F2G門(如圖1 所示)構(gòu)成，其中四個F2G門構(gòu)成信號復(fù)制電路，對輸入信號進(jìn)行復(fù)制并將復(fù)制后的一組信號用作為下一級錯誤檢測電路的輸入信號。而剩余的兩個F2G門則是漢明校驗碼的生成電路。對于四位傳輸數(shù)據(jù)&1、a2、a3、&，根據(jù)漢明校驗碼的構(gòu)造要求，三個漢明校驗碼的分別為巧=% … 、r2 = , 2 4、r3 = , , 3。在漢明校驗碼生成電路中，第一個F2G門的輸入比特分別對應(yīng)為巧 2>a3和a4，第二個F2G門的輸入比特分別對應(yīng)為A @ 3>a4和常量 O0
本實(shí)施例的錯誤檢測電路由數(shù)據(jù)發(fā)送電路(如圖4所示)和錯誤檢測因子生成電路(如圖5所示)構(gòu)成。四位輸入信經(jīng)過數(shù)據(jù)發(fā)送電路傳輸后得到的新的四位信號13力2133134 (若信號傳輸未出現(xiàn)問題，則bib2b3b4 = aia2a3a4,否則不等)作為信號接收電路的輸入。通過信號接收電路對接收到的信號首先進(jìn)行復(fù)制處理，將復(fù)制得到得一組數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱患壍男盘栃拚娐分?，另一組信號進(jìn)行異或處理的得到 bx b3 b4, bx b2 b4,、Θ氏Θ~，繼而將得到的三個信號作為錯誤檢測因子生成電路中三個獨(dú)立的F2G門的第一比特。這三個F2G門的第二比特輸入為前述數(shù)據(jù)發(fā)送電路所產(chǎn)生的三個漢明校驗碼輸出比特。所有三個F2G門的第三比特設(shè)置為常量0。通過錯誤檢測因子產(chǎn)生電路得到三個錯誤檢測因子輸出信號A Θ、，\ =r2 Θ、Θ^ 和& = r3十夂十、十\。
如圖7所示，本實(shí)施例的錯誤糾正電路由一個可逆的3-8譯碼器和信號修正電路構(gòu)成，其中信號修正電路由相互獨(dú)立的四個F2G門構(gòu)成，每個門對應(yīng)接收到的一位信號。而可逆3-8譯碼器則由七個FRG門(如圖2所示)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖6所示；如圖7所示，信號修正電路由四個獨(dú)立的F2G門構(gòu)成，每一個輸入信號對應(yīng)一個F2G門。錯誤檢測因子生成電路得到的三個錯誤檢測因子信號Sl、S2, S3作為可逆3-8譯碼器的三個有效輸入位，其他輸入位設(shè)置為常數(shù)0。通過可逆3-8譯碼器對接收到的錯誤檢測因子進(jìn)行譯碼，得到信號出錯位置，通過對應(yīng)的信號修正電路，將接收的錯誤信號進(jìn)行取反，完成錯誤的糾正。
本實(shí)施例的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路利用了漢明碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)傳輸錯誤的檢測和自糾正。漢明碼技術(shù)是通過在原編碼的基礎(chǔ)上額外添加新的附加碼，使編碼的每個數(shù)據(jù)位代表不同的數(shù)據(jù)信息，任意位的異常變化都會使原始信息改變，以此來完成對錯誤的檢測。如果輸入的數(shù)據(jù)為^ ,根據(jù)漢明校驗碼生成方式，利用F2G門實(shí)現(xiàn)/1 =ai@a3 a4 >r2 =αι@α2 α4、r3 = , , 3。相應(yīng)的完整的漢明碼變?yōu)镾livi3Iw2Iv當(dāng)信號繼續(xù)傳輸?shù)藉e誤檢測電路時，這時的輸入信號設(shè)定為bib2b3b4，只有信號傳輸沒有出現(xiàn)問題，才會有bib2b3b4 = aia2a3ii4。若假設(shè)此時信號出現(xiàn)問題，兩組變量不相等，通過信號接收電路，產(chǎn)生三個信號，b 4，、Θ^Θ 作為錯誤檢測因子生成電路中三個獨(dú)立F2G門的第一比特的輸入，而漢明校驗碼生成電路產(chǎn)生的 T1, T2以及r3則作為錯誤檢測因子生成電路的第二比特輸入。第三比特輸入全部設(shè)定為常量0。通過F2G門輸出的錯誤檢測因子分別為Α^ΘΑΘΖ^Θ、而=Γ2Θ、Θ氏十 和 、=G十、十氏十\。因為bib2b3b4乒^ ,所以此時Sl、s2, S3會出現(xiàn)具體的數(shù)值0或 1，通過將錯誤檢測因子按照^S2S1排列作為可逆3-8譯碼器的輸入，繼而通過譯碼得到具體出現(xiàn)錯誤的信號位置，最后通過信號修正電路，對出現(xiàn)錯誤的信號進(jìn)行取反操作，將錯誤信號還原為正確信號，最終完成信號傳輸檢測和修正。
以4位傳輸數(shù)據(jù)^ = 1101為例，根據(jù)校驗碼的計算表達(dá)式得到rir2r3 = 010， 進(jìn)而得到數(shù)據(jù)的傳輸形式為^ !^ !^!^ = 1100110，假設(shè)在數(shù)據(jù)傳輸過程中 由1變?yōu)?0，則接收端的數(shù)據(jù)形式變?yōu)?100010，通過數(shù)據(jù)接收端得到檢測因子= 011，即指示右側(cè)第3個位置，從數(shù)據(jù)傳輸形式可以看出，右側(cè)第三個位置對應(yīng)為 ，所以錯誤已經(jīng)被檢測出來。通過可逆3-8譯碼器確定出錯處，繼而利用對應(yīng)的信號修正電路中的F2G門進(jìn)行信號的取反操作，使輸出端的&由0變?yōu)?。通過本電路，對于數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤， 能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測，并經(jīng)過糾正后得到了正確的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，包括數(shù)據(jù)發(fā)送電路、錯誤檢測電路和錯誤糾正電路，待處理輸入信號依次經(jīng)過所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路、 錯誤檢測電路和錯誤糾正電路處理得到修正信號。
2.如權(quán)利要求1所述的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路由信號復(fù)制電路和漢明校驗碼生成電路組成，所述的錯誤檢測電路由信號接收電路和錯誤檢測因子生成電路組成，所述的錯誤糾正電路由一個可逆3-8 譯碼器和信號修正電路組成；信號復(fù)制電路的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和第四輸出端分別與信號接收電路的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端連接； 信號復(fù)制電路的第五輸出端、第六輸出端、第七輸出端、第八輸出端和第九輸出端分別與漢明校驗碼生成電路的第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第四輸入端和第五輸入端連接；信號接收電路的第一輸出端、第三輸出端和第五輸出端分別與信號修正電路的第一輸入端、第三輸入端和第五輸入端連接；信號接收電路的第二輸出端、第四輸出端和第六輸出端分別與錯誤檢測因子生成電路的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端連接；漢明校驗碼生成電路的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端與錯誤檢測因子生成電路的第四輸入端、第五輸入端和第六輸入端連接；漢明校驗碼生成電路的第四輸出端的輸出信號作為信號復(fù)制電路的一個輸入信號；錯誤檢測因子生成電路的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端分別與可逆3-8譯碼器的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端連接；可逆3-8譯碼器的第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端和第五輸出端分別與信號修正電路的第二輸入端、 第四輸入端、第六輸入端和第八輸入端連接；信號修正電路輸出最終信號。
3.如權(quán)利要求2所述的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路中，信號復(fù)制電路由至少兩個F2G門級聯(lián)組 成。
4.如權(quán)利要求2所述的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路中，漢明校驗碼生成電路是由兩個相互獨(dú)立的F2G門構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2所述的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，所述的錯誤檢測電路中，信號接收電路由至少兩個F2G門級聯(lián)構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求2所述的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，所述的錯誤檢測電路中，所述的錯誤檢測因子生成電路由至少兩個獨(dú)立的F2G門構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求2所述的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，所述的錯誤糾正電路中，可逆3-8譯碼器由7個FRG門級聯(lián)組成，所述的可逆3-8譯碼器的輸入信號由錯誤檢測因子電路提供。
8.如權(quán)利要求2所述的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，所述的錯誤糾正電路中，信號修正電路由四個獨(dú)立的F2G門構(gòu)成，信號修正電路輸入端與可逆3-8譯碼器的輸出端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路，其特征在于，包括數(shù)據(jù)發(fā)送電路、錯誤檢測電路和錯誤糾正電路，待處理輸入信號依次經(jīng)過所述的數(shù)據(jù)發(fā)送電路、錯誤檢測電路和錯誤糾正電路處理得到修正信號。本發(fā)明的基于可逆邏輯的數(shù)據(jù)傳輸錯誤在線檢測與自糾正電路中進(jìn)行了基于可逆邏輯門的可逆設(shè)計，在錯誤檢測和自糾正的過程中符合實(shí)時性的要求，而且利用可逆邏輯門進(jìn)行可逆計算避免了由于不可逆計算導(dǎo)致信息位的擦除，降低了能耗，減少了應(yīng)用此類傳輸檢測和自糾正電路的數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)的能耗。
文檔編號H03M13/05GK102523004SQ20111041139
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者周影輝, 張培喜, 王友仁 申請人:南京航空航天大學(xué)