طراحی تمام جمع‌کننده چهار ارزشی مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربنی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

3 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده

تمام جمع‌کننده یکی از مهمترین قسمت‌های سیستم پردازش است و کاربردهای گوناگونی دارد و در اکثر مدارهای حسابی استفاده می‌شود. بنابراین، طراحی جمع‌کننده‌هایی با عملکرد بالا باعث بهبود کلی عملکرد سیستم خواهد شد. از طرفی تکنولوژی ساخت ماسفت‌ها به دلیل کوچکتر شدن ترانزیستورها با چالش‌هایی روبه‌رو شده‌است که برای حل این مشکل می‌توان از فناوری‌های جدید استفاده کرد. ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربنی (CNFET) به عنوان یکی از گزینه‌های مناسب برای جایگزینی ماسفت‌ها معرفی شده‌اند. ولتاژ آستانه این نوع ترانزیستور را می‌توان با تنظیم قطر نانولوله‌ها، به راحتی تنظیم کرد که آن را برای طراحی مدارهای چند ارزشی بسیار مناسب می‌کند. در این تحقیق سعی شده‌است تا با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربنی، یک مدار تمام جمع‌کننده چهار ارزشی ارائه کنیم که کاراتر باشد. به صورتی که علاوه بر تسریع در عملیات؛ بهروری و کاهش توان مصرفی نیز مد نظر قرار گیرد. طرح پیشنهادی با استفاده از نرم‌افزار Synopsis HSPICE شبیه‌سازی شده و با طرح‌های گذشته مقایسه می‌شود. همچنین شبیه‌سازی‌هایی برای بررسی تاثیرات تغییر دما، فرآیند ساخت و ولتاژ کاری در عملکرد طرح پیشنهادی انجام شده‌است. براساس نتایج حاصله، طراحی ما سریعتر از طرح‌های قبلی است و پارامتر PDP را در حدود 75% نسبت به بهترین کار ارائه‌شده کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design of a CNFET-based Quaternary Full Adder

نویسندگان [English]

  • F. Sharifi 1
  • A. H. Hosseini 2
  • M. Nouraei 3
1 Department of Electrical and Computer Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
3 Department of Electrical and Computer Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده [English]

Full adder cell is an important module in processing systems and has various applications and is used in most arithmetic circuits. Therefore, the design of high-performance Full adder cell will improve the performance of the whole system. On the other hand MOSFET technology has encountered challenges due to the scaling down of transistors. New technologies can be used to solve this problem. Carbon nanotube field effect transistors (CNFETs) are one of the appropriate alternatives to MOSFET. The threshold voltage of these transistors can be easily adjusted by tuning diameter of carbon nanotubes, which makes it very appropriate for designing multi-valued logic circuits. In this paper we have tried to provide a quaternary full adder circuit based on carbon nanotube field effect transistors that is more efficient so that in addition to speeding up the operation, productivity and reducing power consumption are also considered. The proposed design is simulated using the HSPICE Synopsis simulator and compared with previous designs. Simulations have also been performed to investigate the effect of process, temperature and voltage. The results show that the proposed design is faster than previous designs and reduces the PDP parameter by about 75% compared to the best reported design.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Full adder
  • Carbon nanotubes
  • Multi-valued logic
  • Nanoelectronics

مراجع

[1] L. Peng, Z. Zhang, C. Qiu, “Carbon nanotube digital electronics”, Nature Electronics, vol. 2, no. 11, pp. 499–505, 2019.
[2] P. Arrighi, "An overview of quantum cellular automata", Natural Computing, vol. 18, no. 4, pp. 885–899, 2019
[3] T. Ihn, "Graphene single-electron transistors", Materials Today, vol. 13, no. 3, pp. 44–50, 2010
[4] E. Dubrova, "Multiple-Valued Logic in VLSI: Challenges and opportunities", NORCHIP, 1999, [Online]. Available: http://people.kth.se/~dubrova/PAPERS/NORCHIP99b.pdf
[5] M. H. Moaiyeri, R. F. Mirzaee, A. Doostaregan, K. Navi, O. Hashemipour, "A universal method for designing low‐power carbon nanotube FET‐based multiple‐valued logic circuits", Iet Computers and Digital Techniques, vol. 7, no. 4, pp. 167–181, 2013.
[6] S. Firouzi, S. Tabrizchi, F. Sharifi, A.-H. A. Badawy, "High performance, variation-tolerant CNFET ternary full adder a process, voltage, and temperature variation-resilient design", Computers & Electrical Engineering, vol. 77, pp. 205–216, 2019.
]7[ الهام نیک بخت بیدگلی، داریوش دیدبان، «بررسی عملکرد مالتی‌پلکسر سه ارزشی مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدان نانولوله کربنی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 50، شماره 2، صفحا ت 943-953، 1399.
]8[ موسی یوسفی، سید سعید موسوی، خلیل منفردی، «مدار نمونه‌گیر-نگهدارنده کم‌مصرف با استفاده از سوئیچ‌های آنالوگ ناقل جریان مبتنی بر ترانزیستور اثر میدانی نانولوله‌کربنی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 52، شماره 1، صفحات 23-31، 1401.
[9] J. Deng, "Device modeling and circuit performance evaluation for nanoscale devices: silicon technology beyond 45 nm node and carbon nanotube field effect transistors", PhD Dissertation, Stanford University, 2007.
[10] D. Akinwande, J. Liang, S. Chong, Y. Nishi, and H. -s. P. Wong, "Analytical ballistic theory of carbon nanotube transistors: Experimental validation, device physics, parameter extraction, and performance projection", Journal of Applied Physics, vol. 104, no. 12, 2008.
[11] مریم نوروزی، محمدحسین معیری، کیوان ناوی، «مدارهای VLSI پیشرفته»، دانشگاه شهید بهشتی، 1397.
[12] A. Raychowdhury, K. Roy, "Carbon Nanotube Electronics: Design of High-Performance and Low-Power digital circuits", IEEE Transactions on Circuits and Systems I-regular Papers, vol. 54, no. 11, pp. 2391–2401, 2007.
[13] Y. Lin, "Scaling aligned carbon nanotube transistors to a sub-10 nm node", Nature Electronics, vol. 6, no. 7, pp. 506–515, 2023.
[14] R. Ho, K. Mai, M. Horowitz, "The future of wires", Proceedings of the IEEE, vol. 89, no. 4, pp. 490–504, 2001.
[15] E. Özer, R. Sendag, D. Gregg, "Multiple-valued logic buses for reducing bus energy in low-power systems", IEE Proceedings, vol. 153, no. 4, p. 270, 2006.
[16] A. Daraei, S. A. Hosseini, "Novel energy-efficient and high-noise margin quaternary circuits in nanoelectronics", AEU - International Journal of Electronics and Communications, vol. 105, pp. 145–162, 2019.
[17] S. Fakhari, N. H. Bastani, M. H. Moaiyeri, "A low-power and area-efficient quaternary adder based on CNTFET switching logic", Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 98, no. 1, pp. 221–232, 2018.
[18] F. Sharifi, M. H. Moaiyeri, K. Navi, N. Bagherzadeh, "Quaternary full adder cells based on carbon nanotube FETs", Journal of Computational Electronics, vol. 14, no. 3, pp. 762–772, 2015.
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار