The large amount of secondary effects in complementary metal-oxide-semiconductor technology limits its application in the ultra-nanoscale region. Circuit designers explore a new technology for the ultra-nanoscale region, which is the quantum-dot cellular automata (QCA). Low-energy dissipation, high speed, and area efficiency are the key features of the QCA technology. This research proposes a novel, low-complexity, QCA-based one-bit digital comparator circuit for the ultra-nanoscale region. The performance of the proposed comparator circuit is presented in detail in this paper and compared with that of existing designs. The proposed QCA structure for the comparator circuit only consists of 19 QCA cells with two clock phases. QCA Designer-E and QCA Pro tools are applied to estimate the total energy dissipation. The proposed comparator saves 24.00% QCA cells, 25.00% cell area, 37.50% layout cost, and 78.11% energy dissipation compared with the best reported similar design.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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제43권4호
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pp.56-65
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2006
The Quantum-dot Cellular Automata (QCA) can be considered as a candidate for the next generation digital logic implementation technology due to their small feature sizes and ultra low power consumption. Up to now, several designs using Uh technology have been proposed. However, we found not all of the designs function properly. Furthermore, no general design guidelines have been proposed so far. A straightforward extension of a simple functional design pattern may fail. This makes designing a large scale circuits using QCA technology an extremely time-consuming process. In this paper, we show several critical vulnerabilities related to unbalanced input paths to QCA gates and sneak noise paths in QCA interconnect structures. In order to make up the vulnerabilities, a disciplinary guideline will be proposed. Also, we present a fast adder which has been designed by the discipline, and verified to be functional by the simulation.
Quantum-dot cellular automata(QCA) is a new technology and it is an one of the alternative high performance over existing complementary metal-oxide semi-conductor(CMOS). QCA is nanoscale device and ultra-low power consumption compared with transistor-based technologies, and various circuits using QCA technology have been proposed. Binary-coded decimal(BCD), which represents decimal digits in binary, is mainly used in electronic circuits and Microprocessor, and it is comfortable in conversion operation but many data loss. In this paper, we present an BCD-EXCESS 3 Code converter which can be efficiently used for subtraction and half adjust. The proposed scheme has efficiently designed considering space and time complexities and minimization of noise, and it has been simulated and confirmed.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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제19권6호
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pp.33-41
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2014
In this paper, we propose a D flip-flop based on quantum-dot cellular automata(QCA) clocking and design a programmable quantum-dot cell(QPCA) structure using the proposed D flip-flop. Previous D flip-flops on QCA are that input should be set to an arbitrary value, and wasted output values exist because it was utilized to duplicate by clock pulse and QCA clocking. In order to eliminate these defects, we propose a D flip-flop structure using binary wire and clocking technique on QCA. QPCA structure consists of wire control logic, rule control logic, D flip-flop and XOR logic gate. In experiment, we perform the simulation of QPCA structure using QCADesigner. As the result, we confirm the efficiency of the proposed structure.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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제6권2호
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pp.521-527
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2020
Quantum-dot cellular automata (QCA) is a technology that attracts attention as a next-generation digital circuit design technology, and several digital circuits have been proposed in the QCA environment. Content-addressable memory (CAM) is a storage device that conducts a search based on information stored therein and provides fast speed in a special process such as network switching. Existing CAM cell circuits proposed in the QCA environment have a disadvantage in that a required area and energy dissipation are large. The CAM cell is composed of a memory unit that stores information and a match unit that determines whether or not the search is successful, and this study proposes an improved QCA CAM cell by designing the memory unit in a multi-layer structure. The proposed circuit uses simulation to verify the operation and compares and analyzes with the existing circuit.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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제7권2호
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pp.227-236
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2017
Quantum-dot cellular automata(QCA) consists of nano-scale cells and demands very low power consumption so that it is one of the alternative technologies that can overcome the limits of scaling CMOS technologies. Various circuits on QCA have been researched until these days, a latch required for counter and state control has been proposed as a component of sequential logic circuits. A latch uses a feedback loop to maintain previous state. In QCA, a latch uses a square structure using 4 clocks for feedback loop. Previous latches have been proposed using many cells and clocks in coplanar. In this paper, in order to eliminate these defects, we propose a SR and D latch using multilayer structure on QCA. Proposed three dimensional loop structure is based on multilayer and consists of 3 layers. Each layer has 2 clock differences between layers in order to reduce interference. The proposed latches are analyzed and compared to previous designs.
Quantum-dot cellular automata (QCA) has shown great potential in the nanoscale regime as a replacement for CMOS technology. This work presents a specific approach to static random-access memory (SRAM) cell based on 2:1 multiplexer, 4-bit SRAM array, and 32-bit SRAM array in QCA. By utilizing the proposed SRAM array, a single-layer 16×32-bit SRAM with the read/write capability is presented using an optimized signal distribution network (SDN) crossover technique. In the present study, an extremely-optimized 2:1 multiplexer is proposed, which is used to implement an extremely-optimized SRAM cell. The results of simulation show the superiority of the proposed 2:1 multiplexer and SRAM cell. This study also provides a more efficient and accurate method for calculating QCA costs. The proposed extremely-optimized SRAM cell and SRAM arrays are advantageous in terms of complexity, delay, area, and QCA cost parameters in comparison with previous designs in QCA, CMOS, and FinFET technologies. Moreover, compared to previous designs in QCA and FinFET technologies, the proposed structure saves total energy consisting of overall energy consumption, switching energy dissipation, and leakage energy dissipation. The energy and structural analyses of the proposed scheme are performed in QCAPro and QCADesigner 2.0.3 tools. According to the simulation results and comparison with previous high-quality studies based on QCA and FinFET design approaches, the proposed SRAM reduces the overall energy consumption by 25%, occupies 33% smaller area, and requires 15% fewer cells. Moreover, the QCA cost is reduced by 35% compared to outstanding designs in the literature.
Quantum-dot cellular automata (QCA) is an alternative complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology that is used to implement high-speed logical circuits at the atomic or molecular scale. In this study, an optimal 2-to-4 decoder in QCA is presented. The proposed QCA decoder is designed using a new formulation based on the MV32 gate. Notably, the MV32 gate has three inputs and two outputs, which is equivalent two 3-input majority gates, and operates based on cellular interactions. A multilayer design is suggested for the proposed decoder. Subsequently, a new and efficient 3-to-8 QCA decoder architecture is presented using the proposed 2-to-4 QCA decoder. The simulation results of the QCADesigner 2.0.3 software show that the proposed decoders perform well. Comparisons show that the proposed 2-to-4 QCA decoder is superior to the previously proposed ones in terms of cell count, occupied area, and delay.
CMOS technology based on PCA is very efficient at an implementation of memory or ALU. However, there has been a growing interest in quantum-dot cellular automata (QCA) because of the limitation of CMOS scaling. In this paper, we propose a design of PCA architecture based on QCA. In the proposed PCA design, we utilize D flip-flop and XOR logic gate without wire crossing technique, and design a input and rule control switches. In experiment, we perform the simulation of the proposed PCA architecture by QCADesigner. As the result, we confirm the efficiency the proposed architecture.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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제46권1호
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pp.107-116
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2009
Quantum-dot Cellular Automata (QCA) is one of the most promising next generation nanoelectronic devices which will inherit the throne of CMOS which is the domineering implementation technology for large scale low power digital systems. In late 1990s, the basic operations of the QCA cell were already demonstrated on a hardware implementation. Also, design tools and simulators were developed. Nevertheless, its design technology is not quite ready for ultra large scale designs. This paper proposes a new approach which enables the QCA designs to inherit the verification methodologies and tools of CMOS designs, as well. First, a set of disciplinary rules strictly restrict the cell arrangement not to deviate from the predefined structures but to guarantee the deterministic digital behaviors is proposed. After the gate and interconnect structures of. the QCA design are identified, the signal integrity requirements including the input path balancing of majority gates, and the prevention of the noise amplification are checked. And then the digital logic is extracted and stored in the OpenAccess common engineering database which provides a connection to a large pool of CMOS design verification tools. Towards validating the proposed approach, we designed a 2-bit adder, a bit-serial adder, and an ALU bit-slice. For each design, the digital logic is extracted, translated into the Verilog net list, and then simulated using a commercial software.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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