Quantum-dot Cellular Automata (QCA) is one of the most promising next generation nano-electronic devices which will inherit the throne of CMOS which is the domineering implementation technology of 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. 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 QCA adder. The digital logic is extracted, translated into the Verilog net list, and then simulated using a commercial software.
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.
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. Typical BCD-EXCESS 3 code converters using QCA have not considered the scalability so that the architectures are not suitable for a large scale circuit design. Thus, we design a BCD-EXCESS 3 code converter with scalability using QCADesigner and verify the effectiveness by simulation. Our structure have reduced 32 gates and 7% of garbage space rate compare with typical URG BCD-EXCESS 3 code converter. Also, 1 clock is only needed for circuit expansion of our structure though typical QCA BCD-EXCESS 3 code converter demands 7 clocks.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39B
no.10
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pp.708-714
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2014
Wireless sensor networks (WSNs) generally consist of densely deployed sensor nodes that depend on batteries for energy. Having a large number of densely deployed sensor nodes causes energy waste and high redundancy in sensor data transmissions. The problems of power limitation and high redundancy in sensing coverage can be solved by appropriate scheduling of node activity among sensor nodes. In this paper, we propose a cellular automata based node scheduling algorithm for prolonging network lifetime with a balance of energy savings among nodes while achieving high coverage quality. Based on a cellular automata framework, we propose a new mathematical model for the node scheduling algorithm. The proposed algorithm uses local interaction based on environmental state signaling for making scheduling decisions. We analyze the system behavior and derive steady states of the proposed system. Simulation results show that the proposed algorithm outperforms existing protocols by providing energy balance with significant energy savings while maintaining sensing coverage quality.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.7
no.3
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pp.291-300
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2017
Quantum-dot cellular automata(QCA) is a computing model designed to be similar to cellular automata, and an alternative technology for next generation using high performance and low power consumption. QCA is undergoing various studies with recent experimental results, and it is one of the paradigms of transistors that can solve device density and interconnection problems as nano-unit materials. An XOR gate is a gate that operates so that the result is true when either one of the logic is true. The proposed XOR gate consists of five layers. The first layer consists of OR gates, the third and fifth layers consist of AND gates, and the second and fourth layers are designed as passages in the middle. The half adder consists of an XOR gate and an AND gate. The proposed half adder is designed by adding two cells to the proposed XOR gate. The proposed half adder consists of fewer cells, total area, and clock than the conventional half adder.
The recent notion of Network Centric Warfare (NCW) emphasizes the ability to distribute the right information at the right time to maximize the combat effectiveness. Accordingly, in the modern combat system, the importance of non-physical elements, such as a communication system, is increasing. However, an NCW-support communication network system is expensive. Therefore, it is essential to develop a proper combat system evaluation method to establish an efficient NCW-support combat system. Traditionally, combat system effectiveness is measured in terms of physical elements such as men and fire power, Obviously, such method is hardly applicable to a modern combat system. To overcome this difficulty, we propose an evaluation model based on CA (Cellular Automata) simulation. A set of preliminary combat simulations show that CA simulation may be promising in evaluating non-physical element of a modern combat system.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.4
s.346
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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.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.6
no.2
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pp.515-520
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2020
CMOS used in digital circuit design technology has reached the limit of integration due to quantum tunneling. Quantum-dot cellular automata (QCA), which can replace this, has many advantages such as low power consumption and fast switching speed, so many digital circuits of CMOS have been proposed based on QCA. Among them, the multiplexer is a basic circuit used in various circuits such as D-flip-flops and resistors, and has been studied a lot. However, the existing multiplexer has a disadvantage that space efficiency is not good. Therefore, in this paper, we propose a new multilayered multiplexer using cell interaction and D-latch using it. The multiplexer and D-latch proposed in this paper have improved area, cell count, and delay time, and have excellent connectivity and scalability when designing large circuits. All proposed structures are simulated using QCADesigner to verify operation.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.7
no.2
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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.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.7
no.3
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pp.301-310
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2017
Quantum-dot cellular automata(QCA) is an alternative technology for implementing various computation, high performance, and low power consumption digital circuits at nano scale. In this paper, we propose a new universal gate in QCA. By using the universal gate, we propose a novel XOR gate which is reduced time/hardware complexity. The universal gate can be used to construct all other basic logic gates. Meanwhile, the proposed universal gate is designed by basic cells and a rotated cell. The rotated cell of the proposed universal gate is located at the central of 3-input majority gate structure. In this paper, we propose an XOR gate using three universal gates, although more than five 3-input majority gates are used to design an XOR gate using the 3-input majority gate. The proposed XOR gate is superior to the conventional XOR gate in terms of the total area and the consumed clock because the number of gates are reduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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