الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۳۵
کد مقاله
ELC135
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
طراحی سلول های تمام جمع کننده کم توان، پر سرعت بر مبنای فناوری نانو لوله کربنی
نام انگلیسی
DESIGNING HIGH-SPEED, LOW-POWER FULL ADDER CELLS BASED ON CARBON NANOTUBE TECHNOLOGY
تعداد صفحه به فارسی
۳۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۳
کلمات کلیدی به فارسی
تمام جمع کننده CNT, ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله کربنی, پر سرعت, کم توان, عملکرد بالا, حاصل ضرب توان- تاخیر
کلمات کلیدی به انگلیسی
Full Adder, CNT, Carbon Nanotube Field Effect Transistor, High Speed, Low Power, High Performance & Power Delay Product
مرجع به فارسی
ژورنال بین المللی VLSICS
دپارتمان علوم کامپیوتر
دپارتمان علوم کامپیوتر و مهندسی برق، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
مرجع به انگلیسی
International Journal of VLSI design & Communication Systems – VLSICS
کشور
ایران
طراحی سلول های تمام جمع کننده کم توان، پر سرعت بر مبنای فناوری نانو لوله کربنی
چکیده
این مقاله ارائه دهنده سلول های تمام جمع کننده کم توان پر سرعت نوین بر مبنای ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله های کربنی (CNFET) می باشد. در این مبحث چهار سلول تمام جمع کننده ارائه شده است. اولین طرح (تحت عنوان CN9P4G)، و دومی (CN9P8GBUFF) به ترتیب شامل ۱۳ و ۱۷ ترانزیستور اثر میدان نانو لوله کربنی می باشند. سومین طرح از عملکرد کاملی برخوردار می باشد و ما آن را تحت عنوان CN10PFS می نمامیم. در نهایت CN8P10G از ۱۸ ترانزیستور استفاده نموده و به دو ماژول تقسیم می شود و سبب می شود تا سیگنال های Sum و Cout در یک حالت موازی ایجاد شوند. کلیه ورودی ها مستقیم بدون معکوس شدگی به کار گرفته شده اند. این طرح ها همچنین از ویژگی خاص CNFET استفاده می نمایند که قابلیت کنترل ولتاژ آستانه، از طریق تنظیم پارامترهای CNFETs به منظور حاصل آوردن بهترین عملکرد و سطوح ولتاژ مناسب، را خواهد داشت. کلیه شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار HSPICE انجام شده و طرح های پیشنهادی با دیگر CMOS مدرن و سلول های تمام جمع کننده مبتنی بر CNFET برحسب تاخیر، مصرف برق و حاصل ضرب توان – تاخیر مقایسه شده اند.
کلمات کلیدی:تمام جمع کننده CNT، ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله کربنی، پر سرعت، کم توان، عملکرد بالا، حاصل ضرب توان- تاخیر
سلول های تمام جمع کننده کم توان پر سرعت فناوری نانو لوله کربنی
۱- مقدمه
در دنیای الکترونیک دیجیتال، ارتقای ویژگی های مربوط به تاخیر و مصرف توان به عنوان مهم ترین پارامترهای عملکرد یک مدار به شمار می آید. به منظور حاصل آوردن این هدف، ما قابلیت کاهش اندازه نما را خواهیم داشت. در فناوری نیمه هادى اکسید فلزى تکمیلى (CMOS) کاهش طول کانال به زیر حدوداً ۶۵ نانومتر منجر به بروز مشکلات حیاتی و چالش هایی نظیر کاهش کنترل گیت، اثر کانال کوتاه، چگالی توان بالا، حساسیت بالا در ارتباط با گوناگونی فرایند و افزایش نمایی جریان نشتی می گردد [۱]. به همین دلیل، کاهش اندازه ترانزیستورها در نهایت می بایست در یک نقطه متوقف شود که خود منجر به بهره گیری از فناوری های جدیدی گردیده که دیگر از مشکلات فوق رنج نمی برند. بنابراین، فناوری های جدید نظیر حلقه های بنزن، آتوماتای سلولی نقطه کوانتومی (QCA)، ترانزیستور تک الکترون (SET)، ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله کربنی (CNFET) و موارد دیگر همگی در خلال سالیان اخیر ارائه شده اند [۲- ۷].
خواص مخصوص نانو لوله های کربنی (CNTs) قابلیت بهره گیری از آنها در صنایع مختلف نظیر نانو الکترونیک را بوجود آورده است. برخی از این ویژگی ها همانند قابلیت رسانایی حرارتی بالا، مقاومت کششی زیاد، ابر رسانایی، استحکام کامل و کاربرد بعنوان مواد رسانا و یا نیمه رسانا، بخوبی مد نظر قرار گرفته اند.
ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله کربنی (CNFET) به عنوان یک جایگزین مناسب برای CMOS به شمار می آید. به واسطه مشابهت بین CNFET و CMOS در مورد اصول عملیاتی و ساختار این ابزاره، ما قابلیت انجام زیر ساختار طراحی CMOS مشخص و فرایند تولید CMOS با استفاده از فناوری CNFET را خواهیم داشت [۲]. CNFET به عنوان یکی از ابزارهای مولکولی به شمار می آید که بسیاری از محدودیت های ترانزیستور سیلیکونی را نداشته و از انتقال بالستیکی یا نزدیک بالستیکی در کانال خود، و همچنین قابلیت حمل جریان بالا برخوردار می باشد [۶-۸]. به طور کلی CNFET سریع تر می باشد و از میزان مصرف توان کمتری در مقایسه با MOSFET سیلیکونی برخوردار است و به همین دلیل برای کاربردهای فرکانس سطح بالا و ولتاژ پایین بسیار مناسب است. از جمله دیگر ویژگی های مفید CNFET آن است که P-CNFET و N-CNFET از تحرک یکسان و ظرفیت محرک جریان یکسان بهره مند می باشند، که خود برای تصحیح اندازه های ترانزیستور در مدارهای پیچیده بسیار مهم است [۹].
اخیراً طرح های مختلفی به وسیله CNFETs نظیر مدارهای میدان Galois [10]، مدارهای منطقی چند مقداری [۱، ۱۰، ۱۱] شبکه های بهم پیوسته [۱۲، ۱۴] تمام جمع کننده های CNFET [13، ۱۵] اعمال شده اند. سلول تمام جمع کننده به عنوان یک جزء اصلی برای مدارهای پیچیده به شمار می آید و بعلاوه غالب عملیات ریاضیاتی را نیز می توان با استفاده از این سلول های تمام جمع کننده انجام داد. افزایش عملکرد تمام جمع کننده ها سبب ارتقای عملکرد سیستمی می شود [۱۶]. تلاش های زیادی جهت افزایش کارایی این جزء انجام شده است. ارتقای عملکرد تمام جمع کننده را می توان در مراحل مختلف نظیر الگوریتم، مدار و فناوری حاصل آورد. در این مقاله، ما جزئیات طراحی سلول های تمام جمع کننده پر سرعت، و در عین حال با قابلیت مصرف کم نیرو / توان، را بر مبنای نانو تکنولوژی ارائه می نماییم.
ادامه این مقاله به شرح ذیل سازماندهی شده است. در بخش ۲ توصیف مختصری در خصوص CNFET ارائه می شود. تحقیقات قبلی نیز در بخش ۳ عرضه می گردند. تمام جمع کننده های پیشنهادی در بخش ۴ ارائه می شوند. نتایج تجربی، آنالیزها و مقایسه ها در بخش ۵ ارائه شده و نهایتاً بخش ۶ به نتیجه گیری می پردازد.
سلول های تمام جمع کننده کم توان پر سرعت فناوری نانو لوله کربنی
۲- ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربنی (CNFETS)
نانو لوله کربنی از نقطه نظر تعریف تئوریکی در حقیقت یک صفحه گرافیتی می باشد که در امتداد یک بردار پوششی بصورت رول شده یا حلقه درآمده است [۱۷]. CNT می تواند به صورت تک جداره (SWCNT) یا چند جداره (MWCNT) باشد [۱۸]. CNT تک جداره صرفاً با استفاده از یک لایه گرافیتی ساخته شده است و در مقابل CNT چند جداره دارای بیش از یک جداره گرافیتی می باشد، که متعاقباً به صورت حلقوی در کل مرکز استوانه ها به صورت یکسان در می آید. نانو لوله های کربنی به وسیله یک بردار تحت عنوان بردار کایرالیتی مشخص می شوند. بر مبنای شکل ۱، بردار کایرالیتی به وسیله نشان داده شده است و بر مبنای حاصل می گردد، که در آن بردارهای یکه شبکه ای هستند و n1، n2 به عنوان اعداد صحیح به شمار می آیند که مشخص کننده ساختار این لوله می باشند [۱۹]. منوط به n1 و n2، ما دارای سه نوع نانو لوله می باشیم: نانو لوله زیگزاگی، نانو لوله صندلی شکل و نانو لوله کایرال (شکل ۱ (الف)). در این رابطه SWCNT دارای حالات مختلفی می باشد، که در صورتی که n1-n2=3k(kÎZ) حاصل شود، بنابراین SWCNT به عنوان رسانا یا هادی به شمار آمده و در غیر این صورت SWCNT به صورت نیمه هادی خواهد بود [۶، ۲۰]. CNT رسانا به عنوان نانو مفتول ها یا نانو سیم ها بکار گرفته می شود و CNT نیمه رسانا به عنوان کانال ترانزیستور کاربرد دارد [۶]. در CNFETها، یک یا چند SWCNTs نیمه رسانا را می توان بکار گرفته و بنابراین یک CNFET نوعی در این رابطه در شکل ۱ (ب) نشان داده شده است.
سلول های تمام جمع کننده کم توان پر سرعت فناوری نانو لوله کربنی
۳- تحقیقات قبلی
همانگونه که قبلاً ذکر شد، CNFET به عنوان یک جایگزین مناسب برای فناوری مبتنی بر سیلیکون به شمار می آید که دارای مشکلات MOSFET نمی باشد. بسیاری از طرح های تمام جمع کننده به وسیله MOSFET و CNFET تاکنون پیشنهاد شده اند و هر کدام از آنها دارای مزیت ها و معایب خاص خود هستند. در این مقاله ما ۵ سلول تمام جمع کننده را ارائه می نماییم که سه مورد از آنها با استفاده از فناوری MOSFET 32 نانومتری و دو مورد از آنها با بهره گیری از تکنولوژی CNFET 32 نانومتری طراحی شده اند. در این بخش، توصیف مختصری از تحقیقات قبلی ارائه خواهد شد.
اولین مورد تمام جمع کننده CMOS متعارف (CCMOS) می باشد. این سیستم دارای ۲۸ ترانزیستور می باشد و نیازمند مساحت بزرگ و همچنین مصرف توان بالا می باشد [۲۵، ۲۶]. این طراحی بر مبنای توپولوژی CMOS استاندارد می باشد و دارای خروجی کامل است که سبب افزایش حاشیه امنیت و پایایی می شود. به واسطه کاربرد تعداد زیاد PMOS در شبکه بالا آورنده، این طراحی دارای ظرفیت بالای ورودی می باشد، که منجر به تأخیر بالا و میزان مصرف توان دینامیکی بالایی می شود. با این وجود، با استفاده از اینورترها / وارانگرها در گره های خروجی قابلیت کاهش تأخیر زمان خیز و زمان افت وجود داشته و همچنین قابلیت افزایش توانایی جریاندهی نیز به وجود خواهد آمد. سلول تمام جمع کننده نمونه بعدی TG-CMOS می باشد که دارای ۲۰ ترانزیستور است [۲۷]. این تمام جمع کننده از گیت های انتقال متعارف بر روی ساختار خود استفاده می نماید. در TG-CMOS تمام جمع کننده کلیه خروجی ها بر مبنای گیت های XOR/XNOR بوده و متعاقباً از ساختار MUX بهره می جویند. این طراحی دارای اتلاف اندک توان می باشد چرا که از گیت انتقال استفاده شده است اما در عین حال این سیستم از تعداد زیادی از ترانزیستورها استفاده نموده است.
سلول های تمام جمع کننده کم توان پر سرعت فناوری نانو لوله کربنی
۴- طرح های پیشنهادی
در این بخش ما چهار سلول تمام جمع کننده جدید را پیشنهاد می نماییم. فرمول منطقی برای یک بیت تمام جمع کننده در معادله (۳) مشخص شده است. ورودی ها شامل A، B، C (C ورودی حمل) می باشند و خروجی ها نیز شامل Sum و Cout هستند. XOR نیز به صورت علامت Å نشان داده شده است.
بر مبنای معادله (۳) ما قابلیت ایجاد Sum از طریق کاربرد دو بار XOR را خواهیم داشت. در ابتدا، A و B تبدیل به XOR شده و متعاقباً نتیجه مرحله قبلی به صورت XOR با C حاصل می شود. یک مدل XOR در شکل ۳ نشان داده شده است. این ماژول از دو ترانزیستور عبور و دو ترانزیستور پایین بر استفاده می نماید. ترانزیستورهای عبور قابلیت پوشش دادن سه حالت ورودی را خواهند داشت که شامل ۰۰، ۰۱، ۱۰ می باشد و یک حالت باقیمانده (۱۱) به وسیله شبکه پایین آورنده ارائه می شود. با استفاده از دو برابر این ماژول، (AÅB)ÅC نیز حاصل خواهد شد. کلیه طرح های پیشنهادی از این ماژول جهت ایجاد سیگنال Sum استفاده نموده اند.
سلول های تمام جمع کننده کم توان پر سرعت فناوری نانو لوله کربنی
۵- نتایج شبیه سازی تحلیل ها و مقایسه ها
کلیه طرح های پیشنهادی و طرح های قبلی در بخش ۳ و ۴ تشریح شده اند و به وسیله برنامه Synopsys HSPICE 2010 شبیه سازی گردیده اند. مدارهای مبتنی بر CMOS با استفاده از فناوری CMOS 32 نانومتری شبیه سازی شده و مدارهای مبتنی بر CNFET نیز با استفاده از مدل SPICE فشرده برای سیستم ۳۲ نانومتری شبیه سازی شده اند [۸، ۳۲ ـ ۳۴]. مدل SPICE فشرده برای ابزاره های CNFET ـ MOSFET مانند تک قطبی طراحی شده اند و هر ترانزیستور می تواند دارای یک یا چند CNT باشد. این مدل اثرات سد شاتکی، اثرات پارازیتی، اثر شارژ صفحه ای CNT، سورس / درین CNT و مقاومت های گیت و ظرفیت های خازنی را مورد بررسی قرار می دهد. پارامترهای این مدل CNFET، همراه با مقادیر متناظر و توصیف مختصر مربوطه در جدول ۱ ارائه شده اند.
کلیه موجهای خروجی طرح های پیشنهادی در شکل ۸ نشان داده شده اند. همانگونه که می توان مشاهده نمود CN9P4G از ویژگی فول سوئینگ برای الگوهای ورودی ۰۰۱ و ۱۱۰ برخوردار نمی باشد و کلیه طرح های دیگر در مقابل از این ویژگی برخوردار هستند.
سلول های تمام جمع کننده کم توان پر سرعت فناوری نانو لوله کربنی
۶- نتیجه گیری
در این مقاله برخی از طرح های تمام جمع کننده جدید ارائه شده اند که از ویژگی های سرعت بالا، میزان مصرف برق کم و عملکرد مناسب برخوردار می باشند. از طریق کاربرد خواص منحصر به فرد CNTFET، کارایی این طرح ها ارتقا یافته است. مدارها تحت شرایط گوناگون شبیه سازی شده و نتایج شبیه سازی نیز تصدیق کننده کارایی طرح های پیشنهادی به جای دیگر طرح های CMOS و CNFET – مبنایی هستند که قبلاً مورد بررسی قرار گرفته اند.
سلول های تمام جمع کننده کم توان پر سرعت فناوری نانو لوله کربنی
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
