Оптимизация параметров сумматоров и устройства быстрого сдвига на основе технологии QCA

Автор(и)

  • Н. Патак Университет информационных технологий Махариши, Лакхнау, Індія
  • Н. К. Мисра Бхаратский институт техники и технологии, Хайдарабад, Індія https://orcid.org/0000-0002-7907-0276
  • Б. К. Бхои Технологический университет Вир Сурендра Саи, Бурла, Індія https://orcid.org/0000-0003-2916-2903
  • С. Кумар Мемориальный университет Шри Рамсварупа, Лакхнау, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021100022

Ключові слова:

сумматор, устройство быстрого сдвига, многорегистровое циклическое сдвигающее устройство, наноэлектроника, сложность, вычислительная электроника

Анотація

По сравнению с полевыми транзисторами, имеющими структуру «металл–оксид–полупроводник» (МОП-структура), клеточные автоматы на квантовых точках, или квантовые клеточные автоматы QCA (quantum-dot cellular automata) обеспечивают большие преимущества. В статье рассмотрена реализация с помощью технологии QCA цифровых схем, таких как полный сумматор, мультиплексор, сумматор с запоминанием переноса, сумматор с переключением переноса, сумматор с пропуском переноса, и устройство быстрого сдвига для получения надежной архитектуры устройств в области наноэлектроники. Цель состоит в том, чтобы получить концептуальную схему для оптимизации QCA конструкций с использованием копланарных ячеек, что является достаточно гибким решением для использования при конструировании сложных систем. В результате этого синтеза получены новые конструкции, которые пригодны для создания наноэлектронных схем. Для проверки цифровых схем в синтезированных конструкциях, представленных в этой статье, использовался пакет разработки и моделирования QCADesigner. Среда моделирования QCA использована для верификации конструкций, определения параметров, и выполнения цифровых вычислений. Главная цель этой работы состоит в разработке конструкции робастного сумматора в терминах ограниченной площади ячейки, и других стоимостных элементов. Использован копланарный метод для построения QCA топологии различных сумматоров, который является более эффективным и компактным. Результаты сравнения показали, что использование новых цифровых конструкций обеспечивает лучшие результаты, и обеспечивает более надежную архитектуру, по сравнению с существующими конструкциями.

Посилання

  1. М. Б. Эль Машад, “Оценка эффективности усложненных версий СFAR обнаружителей при наличии сторонних целей,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 12, pp. 14–32, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016110017.
  2. М. М. Пилипко, Д. В. Морозов, “Сравнительный анализ схем КМОП сумматоров на 10 транзисторах,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 57, no. 9, pp. 42–54, 2014, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347014090040.
  3. N. K. Misra, B. Sen, S. Wairya, B. Bhoi, “A novel parity preserving reversible binary-to-BCD code converter with testability of building blocks in quantum circuit,” in Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 712, 2018, pp. 383–393.
  4. N. Pathak, S. Kumar, N. K. Misra, B. K. Bhoi, “A modular approach for testable conservative reversible multiplexer circuit for nano-electronic confine application,” Int. Nano Lett., vol. 9, no. 4, pp. 299–309, 2019, doi: https://doi.org/10.1007/s40089-019-00283-9.
  5. N. K. Misra, S. Wairya, B. Sen, “Design of conservative, reversible sequential logic for cost efficient emerging nano circuits with enhanced testability,” Ain Shams Eng. J., vol. 9, no. 4, pp. 2027–2037, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.asej.2017.02.005.
  6. N. K. Misra, S. Wairya, V. K. Singh, “Frame of reversible BCD adder and carry skip BCD adder and optimization using new reversible logic gates for quantum-dot cellular automata,” Aust. J. Basic Appl. Sci., vol. 9, no. 31, pp. 286–298, 2015, uri: http://www.ajbasweb.com/old/ajbas/2015/September/286-298.pdf.
  7. П. Джеин, А. М. Джоши, “Анализ влияния расширенной конфигурации n-МОП транзистора на параметры 4x1 мультиплексора,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 3, pp. 163–172, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018030044.
  8. T. N. Sasamal, A. K. Singh, A. Mohan, “An optimal design of full adder based on 5-input majority gate in coplanar quantum-dot cellular automata,” Optik, vol. 127, no. 20, pp. 8576–8591, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2016.06.034.
  9. N. K. Misra, S. Wairya, V. K. Singh, “Optimized approach for reversible code converters using quantum dot cellular automata,” in Proceedings of the 4th International Conference on Frontiers in Intelligent Computing: Theory and Applications (FICTA), 2016, pp. 367–378, doi: https://doi.org/10.1007/978-81-322-2695-6_31.
  10. M. Raj, L. Gopalakrishnan, S.-B. Ko, “Design and analysis of novel QCA full adder-subtractor,” Int. J. Electron. Lett., pp. 1–14, 2020, doi: https://doi.org/10.1080/21681724.2020.1726479.
  11. A. Shahidinejad, A. Selamat, “Design of first adder/subtractor using quantum-dot cellular automata,” Adv. Mater. Res., vol. 403–408, pp. 3392–3397, 2011, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.403-408.3392.
  12. M. Sarvaghad-Moghaddam, A. A. Orouji, “New symmetric and planar designs of reversible full-adders/subtractors in quantum-dot cellular automata,” Eur. Phys. J. D, vol. 73, no. 6, p. 125, 2019, doi: https://doi.org/10.1140/epjd/e2019-90315-x.
  13. M. Mohammadi, M. Mohammadi, S. Gorgin, “An efficient design of full adder in quantum-dot cellular automata (QCA) technology,” Microelectron. J., vol. 50, pp. 35–43, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2016.02.004.
  14. D. Abedi, G. Jaberipur, M. Sangsefidi, “Coplanar full adder in quantum-dot cellular automata via clock-zone-based crossover,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 14, no. 3, pp. 497–504, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TNANO.2015.2409117.
  15. T. N. Sasamal, A. K. Singh, A. Mohan, Quantum-Dot Cellular Automata Based Digital Logic Circuits: A Design Perspective, vol. 879. Singapore: Springer Singapore, 2020, doi: https://doi.org/10.1007/978-981-15-1823-2.
  16. A. Roohi, H. Khademolhosseini, S. Sayedsalehi, K. Navi, “A novel architecture for quantum-dot cellular automata multiplexer,” Int. J. Comput. Sci., vol. 8, no. 6, pp. 55–60, 2011, uri: https://www.ijcsi.org/articles/A-novel-architecture-for-quantumdot-cellular-automata-multiplexer.php.
  17. E. AlKaldy, A. H. Majeed, M. S. Zainal, D. M. Nor, “Optimum multiplexer design in quantum-dot cellular automata,” Indones. J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 17, no. 1, p. 148, 2020, doi: https://doi.org/10.11591/ijeecs.v17.i1.pp148-155.
  18. B. Sen, M. Dutta, D. Saran, B. K. Sikdar, “An efficient multiplexer in quantum-dot cellular automata,” in Lecture Notes in Computer Science (Including Subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), vol. 7373 LNCS, 2012, pp. 350–351.
  19. H. Rashidi, A. Rezai, S. Soltany, “High-performance multiplexer architecture for quantum-dot cellular automata,” J. Comput. Electron., vol. 15, no. 3, pp. 968–981, 2016, doi: https://doi.org/10.1007/s10825-016-0832-3.
  20. R. Zhang, K. Walus, W. Wang, G. A. Jullien, “A method of majority logic reduction for quantum cellular automata,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 3, no. 4, pp. 443–450, 2004, doi: https://doi.org/10.1109/TNANO.2004.834177.
  21. B. Sen, M. Dutta, M. Goswami, B. K. Sikdar, “Modular design of testable reversible ALU by QCA multiplexer with increase in programmability,” Microelectron. J., vol. 45, no. 11, pp. 1522–1532, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.mejo.2014.08.012.
  22. S. Kotiyal, H. Thapliyal, N. Ranganathan, “Design of a reversible bidirectional barrel shifter,” in 2011 11th IEEE International Conference on Nanotechnology, 2011, pp. 463–468, doi: https://doi.org/10.1109/NANO.2011.6144414.
  23. H. Cho, E. E. Swartzlander, “Adder and multiplier design in quantum-dot cellular automata,” IEEE Trans. Comput., vol. 58, no. 6, pp. 721–727, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/TC.2009.21.
  24. S. Angizi, E. Alkaldy, N. Bagherzadeh, K. Navi, “Novel robust single layer wire crossing approach for exclusive OR sum of products logic design with quantum-dot cellular automata,” J. Low Power Electron., vol. 10, no. 2, pp. 259–271, 2014, doi: https://doi.org/10.1166/jolpe.2014.1320.
  25. V. Pudi, K. Sridharan, “Low complexity design of ripple carry and Brent–Kung adders in QCA,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 11, no. 1, pp. 105–119, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/TNANO.2011.2158006.
  26. H. Cho, E. E. Swartzlander, “Adder designs and analyses for quantum-dot cellular automata,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 6, no. 3, pp. 374–383, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/TNANO.2007.894839.
  27. I. Hänninen, J. Takala, “Binary adders on quantum-dot cellular automata,” J. Signal Process. Syst., vol. 58, no. 1, pp. 87–103, 2010, doi: https://doi.org/10.1007/s11265-008-0284-5.
  28. A. Vetteth, K. Walus, V. S. Dimitrov, G. A. Jullien, “Quantum dot cellular automata carry-look-Ahead adder and barrel shifter,” in IEEE Emerging Telecommunications Technologies Conference, 2002, pp. 1–5.
  29. N. Safoev, J.-C. Jeon, “Area efficient QCA Barrel shifter,” in Advancced Science and Technology Letters, 2017, pp. 51–57, doi: https://doi.org/10.14257/astl.2017.144.07.
  30. N. Safoev, J.-C. Jeon, “Implementation of high-speed shifting operation in quantum-dot cellular automata technology,” Int. J. Mech. Eng. Technol., vol. 10, no. 2, pp. 576–586, 2019, uri: http://www.iaeme.com/MasterAdmin/Journal_uploads/IJMET/VOLUME_10_ISSUE_2/IJMET_10_02_060.pdf.
Топология робастной архитектуры мультиплексора Mux 2:1

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-26 — Оновлено 2021-12-26

Як цитувати

Патак, Н., Мисра, Н. К., Бхои, Б. К., & Кумар, С. (2021). Оптимизация параметров сумматоров и устройства быстрого сдвига на основе технологии QCA. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(10), 612–627. https://doi.org/10.20535/S0021347021100022

Номер

Том 64 № 10 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка