جمع کننده کامل برگشت پذیر با تأخیر کم و کارآمد بر اساس گیت های تافولی

سیده فاطمه دیماد ¹ (گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی 1، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز، شیراز، ایران)
نبی اله شیری ² (دانشگاه آزاد اسلامی ، واحد شیراز)
فرشاد پسران ³ (دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شیراز)

تاریخ ارسال : 1402/03/19 تاریخ تایید : 1402/04/24

کلید واژه: توان پایین, طراحی برگشت پذیر, جمع کننده بیت نقلی, جمع کننده, سرعت بالا,

چکیده مقاله :

مدارهای برگشت پذیر به دلیل ویژگی های منحصر به فردی که دارند در کاربردهای با قابلیت صرفه جویی در انرژی مفید هستند.از این رو، با استفاده از فناوری ترانزیستور اثر میدانی نانولوله کربنی 32 نانومتری (CNTFET) و با تکیه برگیت‌های برگشت‌پذیر Toffoli، یک مدار تمام جمع‌کننده جدید ارائه می‌شود. مدار پیشنهادی دارای 4 گیت اصلی Toffoli و 18 ترانزیستور است. 3 گیت از 4 گیت دارای شماتیک ترانزیستور یکسان با یک ترانزیستور ثابت روشن هستند، اما گیت باقیمانده فقط دو ترانزیستور دارد. مدار پیشنهادی دارای 3 ورودی ثابت و 4 خروجی زائد می باشد. به عنوان یک روش جدید، در مدار پیشنهادی، تنها از یک نوع گیت برگشت پذیر استفاده می شود. نتایج نشان دهنده برتری مدار پیشنهادی از نظر مصرف توان و اتلاف انرژی است. با پیاده سازی مدار پیشنهادی و مدارهای دیگر در جمع کننده زنجیره ای (RCA) 4 بیتی و 8 بیتی، مدار پیشنهادی نسبت به رقیب اصلی به ترتیب 6.83% و 11.25% از نظر توان و انرژی بهبود را نشان می دهد. همچنین در یک RCA با 8 بیت، مدار پیشنهادی 2 درصد نسبت به نزدیکترین رقیب و 27 درصد نسبت به بدترین مدار از نظر توان-تاخیر-سطح مصرفی (PDAP) صرفه جویی دارد. این نتایج مدار طراحی شده را به عنوان یک گزینه مطلوب برای سازه های پیچیده تر با بیت های مرتبه بالا نشان می دهد.

چکیده انگلیسی :

The reversible circuits are useful in energy-saving applications because of their unique features. Hence, using 32 nm carbon nanotube field-effect transistor (CNTFET) technology and relying on Toffoli's reversible gates, a new full adder (FA) circuit is presented. The proposed circuit has 4 basic Toffoli gates and 18 transistors. 3 of the 4 gates have the same transistor schematic with a constant-ON transistor, but the remaining gate has only two transistors. The proposed circuit has 3 constant inputs and 4 garbage outputs. As a new method, in the proposed circuit, only one type of reversible gate is used. The results show the superiority of the proposed FA in terms of power consumption and energy dissipation. By implementing the proposed FA and other circuits in a 4-bit and 8-bit ripple carry adder (RCA), the proposed circuit shows improvements by 6.83% and 11.25% in terms of power and energy, respectively, compared to the main competitor. Also, in an 8-bit RCA, the proposed FA has a 2% saving compared to the nearest competitor and 27% compared to the worst circuit in terms of the power-delay-area-product (PDAP). These results show the designed FA as a favorable option for complex structures with high-order bits.

منابع و مأخذ:


[1] A. Sadeghi, R. Ghasemi, H. Ghasemian and N. Shiri, “High Efficient GDI-CNTFET-Based Approximate Full Adder for Next Generation of Computer Architectures,” IEEE Embedded Systems Letters, vol. 15, no. 1, pp. 33-36, March 2023, doi: 10.1109/LES.2022.3192530.

[2] A. Sadeghi et al., “Voltage over-scaling CNT-based 8-bit multiplier by high-efficient GDI-based counters,” IET Comput. Digit., Tech., vol. 17, pp. 1– 19, Nov. 2023, doi:. 10.1049/cdt2.12049.

[3] N. Shiri, A. Sadeghi, M. Rafiee and M. Bigonah, “SR-GDI CNTFET-based magnitude comparator for new generation of programmable integrated circuits,” Int J Circ Theor., vol. 50, no. 5, pp. 1511- 1536, Apr. 2022, doi: 10.1002/cta.3251.

[4] M. Rafiee, N. Shiri and A. Sadeghi, “High-Performance 1-Bit Full Adder With Excellent Driving Capability for Multistage Structures,” IEEE Embedded Systems Letters, vol. 14, no. 1, pp. 47-50, March 2022, doi: 10.1109/LES.2021.3108474.

[5] M. Sayyaf, A. Ghasemi and R. Hamzehyan, “Design of Low Power Single-Bit Full-Adder Cell Based on Pass-Transistor Logic,” Journal of Southern Communication Engineering, vol. 13, no. 49, pp. 105-112, 2023, doi: 10.30495/jce.2022.692834.

[6] H. Arfavi, S. M. Riazi and R. Hamzehyan, “Evaluation of temperature, Disturbance and Noise Effect in Full Adders Based on GDI Method,” Journal of Southern Communication Engineering, vol. 13, no. 50, pp. 47-66, 2023, doi: 10.30495/jce.2023.1973764.1197.

[7] S. Raveendran, P. J. Edavoor, N. Y. B. Kumar and M. H. Vasantha, “An Approximate Low-Power Lifting Scheme Using Reversible Logic,” in IEEE Access, vol. 8, pp. 183367-183377, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3029149.

[8] M. Haghparast and K. Navi, “A Novel Reversible Full Adder Circuit for Nanotechnology Based Systems,” Journal of Applied Sciences, vol. 7, no. 24, pp. 3995-4000, Dec. 2007, doi: 10.3923/jas.2007.3995.4000.

[9] M .C. Parameshwara and M. Nagabushanam, “Novel low quantum cost reversible logic based full adders for DSP applications,” Int. j. inf. tecnol., no. 13, pp. 1755–1761, Aug. 2021, doi: 10.1007/s41870-021-00762-3.

[10] L. Ni, Z. Guan and W. Zhu , “A general method of constructing the reversible full-adder,” in Proceedings of 3rd International Symposium on Intelligent Information Technology and Security Informatics, Jinggangshan, China, 2010, pp. 109–113, doi: 10.1109/IITSI.2010.25.

[11] M. D. Hafiz, H. Babu, M. D. R. Islam, A. R. Chowdhury and S. M. A. Chowdhury, “On the realization of reversible full-adder circuit,” International Conference on Computer and Information Technology, Dhaka, Bangladesh, 2003, pp. 880-883.

[12] M. Aditya, Y. B. N. Kumar and M. H. Vasantha, “Reversible full/half adder with optimum power dissipation,” 10th International Conference on Intelligent Systems and Control (ISCO), 2016, pp. 1-4, doi: 10.1109/ISCO.2016.7726975.