I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.   8 ,   No .   3 ,   No v em b er   201 9 ,   p p .   1 5 1 ~ 1 6 1   I SS N : 2 0 8 9 - 4864 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es. v 8 . i3 . p p 1 5 1 - 1 6 1          151       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S   Desig ning  ALU u sing  G DI  m e thod       M o ha m m a drez a   F a da ei   M S   in   El e c tri c a En g i n e e rin g ,   El e c tro n ic m a jo r,   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g i n e e rin g ,   Isla m ic  A z a d   Un iv e rsit y   M e h riz   b ra n c h ,   Ira n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   2 9 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   A ug   2 7 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   Sep   8 ,   2 0 1 9       A CM OS  tec h n o l o g y   is  c o n ti n u o u sly   b e c o m in g   s m a ll e a n d   s m a ll e in   n a n o sc a le   re g i m e s,  a n d   c ircu it   re sista n c e   to   c h a n g e in   th e   p ro c e ss   f o   th e   d e sig n   o f   th e   c ircu it   is  a   m a jo o b sta c le.  S to ra g e   e le m e n ts  su c h     a m e m o r y   a n d   f li p - f lo p a re   p a rti c u larly   v u ln e ra b le  to   th e   c h a n g e   p ro c e ss .   P o w e c o n su m p ti o n   is  a lso   a n o t h e c h a ll e n g e   in   to d a y ' Dig it a IC  De sig n .     In   m o d e rn   p ro c e ss o rs,  th e re   a re   a   lar g e   n u m b e o tran sisto rs,  m o re   th a n     a   b il li o n   tran sisto rs,  w h ich   in c r e a se th e   te m p e r a tu re   a n d   th e   b re a k d o w n     o f   it p e rf o r m a n c e .   T h e re f o re ,   c ircu it   d e sig n   w it h   lo w   p o w e c o n su m p ti o n     is  a   c rit ica n e e d   f o in teg ra ted   c ir c u it to d a y .   In   th is  stu d y ,   we   d e a w it h   G DI   tec h n iq u e f o d e sig n in g   l o g ic  a n d   a rit h m e ti c   c ircu it s.  W e   sh o th a t h is   lo g ic  in   a d d it i o n   to   l o w   p o w e r   c o n su m p ti o n   h a li tt le  c o m p lex i ty   so   th a a rit h m e ti c   a n d   lo g ic  c ircu i ts  c a n   b e   im p lem e n ted   w it h   fe w e t ra n sisto rs.   V a rio u c ircu it s u c h   a a d d e rs,  d if f e r e n ti a ti o n   a n d   m u lt ip le x e rs,  e tc.     h a v e   b e e n   d e sig n e d   a n d   im p le m e n ted   u si n g   th e se   tec h n iq u e s,  a n d   p u b li sh e d     in   v a rio u a rti c les .   In   t h is  stu d y ,   w e   re v ie w   a n d   e v a lu a te  th e   a d v a n tag e a n d   d isa d v a n tag e s o f   th e se   c ircu it s.   K ey w o r d s :   C MO S i n te g r ated   cir cu its   GDI   tech n iq u e   L o g ic  a n d   ar ith m etic  cir c u its     L o w   p o w er   co n s u m p tio n   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h a m m ad r ez Fad ae i   MS  in   E lectr ical  E n g i n ee r i n g ,   E lectr o n ic  m aj o r ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics   E n g i n ee r in g ,   I s la m ic  A za d   U n iv er s it y   Me h r iz  b r an ch ,   Yaz d ,   I r an .   E m ail:  m f ad ae i.ia u @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     A d v an ce s   in   lo w   p o w er   co n s u m p tio n   an d   h i g h   s p ee d   o f   em b ed d ed   s y s te m s   s u c h   as  m o b ile  p h o n es,   lap to p s   an d   s o   o n   h a v m ad e   V L SI  tec h n o lo g y   b ec o m e   s m aller   a n d   s m a ller   at   th e   n an o s ca le,   s o   t h at   m a n y   f u n ctio n s   ca n   b i m p le m e n t ed   o n   ch ip   [ 1 ] .   P r ev io u s l y ,   C MO S,  T G,   an d   PT L   tech n o lo g ies  w er e     u s ed   to   i m p le m e n f u n ctio n s   a n d   lo g ic  cir cu it s ,   b u n o w ad a y s   n e w   tec h n iq u ca lled   in f ilt r ato r s   g ate  o r   GDI   h as  s o l v ed   p r o b lem s   o f   p o w er   co n s u m p t io n ,   s p ee d ,   n u m b er   o f   tr an s is to r s   an d   s o   o n   [ 1 ] .   GDI   tech n iq u e     is   lo w - p o w er   d esig n i n g   tec h n iq u e.   T h is   tec h n iq u is   v er y   s i m ilar   to   C M OS  tec h n o lo g y ,   b u w it h   it s   h e lp   co m p le x   f u n ct io n s   w it h   f e w er   tr a n s i s to r s   co m p ar ed   w it h   C MO tec h n o lo g y   ca n   b i m p le m e n ted .     T h is   m et h o d   en ab les   u s   to   d e s ig n   cir c u its   w it h   h ig h   s p ee d ,   lo w   p o w er   co n s u m p tio n   an d   f e w er   tr a n s i s to r s .     I n   th i s   ch ap ter ,   w r ev ie w   t h r esear ch   d o n in   t h is   r e g ar d ,   an d   cir cu its   d es ig n ed   w it h   th i s   n e w   tech n iq u e.   I n cr ea s in   t h s p ee d   an d   r ed u ctio n   i n   p o w er   co n s u m p tio n   in   d ig ita in te g r ated   cir cu it s   h as  al w a y s   b ee n   co n s id er ed   as   a   m a in   o b j ec tiv e,   s o   t h at  in   r ec en t   y ea r s ,   ex ten s iv e   r esear c h   h as   b ee n   d o n e   in   t h is   ar ea .   W ith   th ad v a n ce m e n o f   t ec h n o lo g y   a n d   r ed u ctio n   i n   th s ize  o f   c h ip s ,   t h ch ip   p o w er   d en s it y     ( p o w er   p er   u n it  ar ea )   h as  i n cr ea s ed   s ig n if ica n tl y .   Du to   th h i g h   co s o f   u s i n g   co o lin g   o n   t h ch ip s ,     th i m p o r ta n ce   o f   r ed u ci n g   p o w er   co n s u m p tio n   i n   d ig i tal  in t eg r ated   cir cu its   i s   d eter m i n ed .   W ith   th r ap id   ad v an ce m e n in   m a n u f ac t u r i n g   tec h n o lo g y   o f   s e m ico n d u cto r   d ev ices,  ch ip   d en s it y   an d   s p ee d   h av in cr ea s ed .   C o n tr o lli n g   co n s u m ed   p o w e r   in   p o r tab le   d ev ices  is   f u n d a m en ta is s u e.     Hig h   p o w er   co n s u m p t io n   r ed u ce s   b atter y   li f o n   th e s d ev i ce s .   R ed u c tio n   o f   p o w er   lo s s e s   is   i m p o r tan t   ev e n   f o r   th n o n - p o r tab le  d ev ice  b ec au s i n cr ea s i n g   lo s s es  in cr e ases   p ac k ag in g   d en s it y   a n d   th e   co s o f   co o lin g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N 2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 151    1 6 1   152   P o r tab le  elec tr o n ic  d ev ices  d u to   t h co m p lex it y   o f   th s tr u c tu r co n tai n   m o r t h a n   o n e   V L SI  c h ip .     Mo s o f   t h lo s s es   in   p o r tab le  elec tr o n ic  d ev ice  in cl u d es  n o n - d i g ital   co m p o n e n ts .   E f f ec tiv e   tech n iq u es     f o r   r ed u cin g   p o w er   lo s s e s   i n   s u c h   s y s te m s   th at  ar r elate d   to   th d is co n ti n u at io n   o r   r ed u ctio n   o f   lea k a g co m p o n e n t s   i s   ca lled   d y n a m ic   p o w er   m a n ag e m e n t.  I n   t h o l d   s y s te m s ,   s ev er al   d y n a m ic  p o w er   m an a g e m e n t   s ch e m es  m a y   b u s ed ,   in te g r atin g   w h ic h   is   d if f ic u lt  an d   m a y   n ee d   to   b r ep ea t   m a n y   o f   t h p r o j ec ts     an d   d eb u g g i n g .   I C   p o w er   lo s s   h a s   d i f f er en t   co m p o n e n ts   a n d   d ep en d s   o n   t h t y p o f   ci r cu it  p er f o r m an ce .     First,  s w itc h in g   o r   d y n a m i p o w er   co m p o n e n t   b ec o m es   d o m i n an t   d u r i n g   ac ti v m o d o p er atio n .   Seco n d l y ,   th er ar t w o   i n itial  s o u r ce s   o f   t h leak a g e ac tiv leak a g an d   s ta n d b y   lea k ag m o d e.     Stan d b y   lea k a g m a y   b ec o m s m al ler   th a n   ac ti v lea k a g b y   ch an g i n g   b o d y   b ias m a y   o r   in ter m itte n o u tag e s .   R ed u ci n g   t h s u p p l y   v o lta g e   ( VDD)   is   p er h ap s   th e   m o s t   ef f ec ti v w a y   o f   s av in g   p o w er   d u to   s q u a r d ep en d en ce   o f   ac tiv p o w er   o f   d ig ital  cir cu it  to   v o ltag s o u r ce .   Un f o r tu n atel y ,   r ed u cin g   V DD  r ed u ce s   d ev ice  s p ee d   b ec au s g ate  s tar ter   v o ltag d ec r ea s e s   VGS  VT .   T o   d ea w it h   th i s   p r o b lem ,   an   o p ti m izatio n     is   p er f o r m ed   o n   VDD  an d   t h least  r ed u ce d   VDD  is   u s ed   to   m ee t h s p ee d   n ee d   o f   o r b ital  v elo cit y .   R ed u ctio n   in   th v o ltag s o u r ce ,   in   an y   tech n o lo g y   p r o d u ctio n ,   h elp s   r ed u ce   p o w er   lo s s e s   in   d y n a m ic  C MO S   lo g ic  cir cu its .   R ed u ctio n   i n   v o ltag e   s u p p l y   i n cr ea s es   t h d ela y   o f   g ates  u n les s   t h th r es h o ld   v o lta g e     o f   tr an s i s to r s   r ed u ce s   t h at  i n c r ea s es  leak a g o f   t h tr an s is to r .   T h u s ,   VDD  r ed u ct io n   r ed u ce s   d y n a m ic  p o w er   d is s ip atio n ,   b u t i n cr ea s e s   th s tatic  p o w er   d is s ip atio n .   T h er ef o r e,   th er is   clea r   r ec o n ciliatio n   b et w ee n   o f f - s ta te  l ea k ag e   ( s tatic   p o w er )   a n d   ac ti v p o w er   ( d y n a m ic  p o w er ) ,   f o r   s p ec i f ic  ap p licatio n s ,   t h at   r es u lt   in   t h ca r ef u l   s elec t io n   o f   VT   an d   VDD.     Dev ice  i n te g r atio n   lead s   to   co m b in at io n   o f   m an y   f u n ctio n s   o n   s in g le  c h ip ,   s o   th u n d er s tan d i n g     th o p ti m u m   a n d   ap p licab le  p o in o f   VT   an d   VDD  f o r   al cir cu it  b lo ck s   o n   c h ip   ar e   h ar d   an d   d if f ic u lt.    As a  r esu lt,  d esi g n i n g   tec h n iq u es c a n   ch a n g w i th   cir c u it b l o ck s .   As  C MO tech n o lo g y   is   c o n tin u o u s l y   b ec o m in g   s m all er   an d   s m aller   i n   n a n o s ca l r eg i m e s ,     an d   cir cu it  r e s is ta n ce   to   c h an g e s   i n   t h p r o ce s s   f o r   th d esi g n   o f   t h cir cu it  is   m aj o r   o b s tacle .     Sto r ag ele m e n ts   s u c h   as  m e m o r y   a n d   f lip - f lo p s   ar p ar ticu lar l y   v u l n er ab le  to   th ch an g p r o ce s s .     P o w er   co n s u m p t io n   i s   al s o   an o t h er   ch al len g i n   to d ay 's  D ig ital  I C   De s ig n .   I n   m o d er n   p r o ce s s o r s ,     th er ar lar g n u m b er   o f   tr an s i s to r s ,   m o r th an   b illi o n   tr an s i s to r s ,   w h ic h   in cr ea s e s   th te m p er atu r an d   th b r ea k d o w n   o f   it s   p er f o r m an ce .   T h er ef o r e,   cir cu i d esi g n   w i th   lo w   p o w er   co n s u m p ti o n   is   cr itica n ee d   f o r   in teg r ated   cir c u its   to d a y .   I n   t h is   s t u d y ,   w d ea w it h   G DI   tech n iq u e s   f o r   d esi g n i n g   l o g ic  a n d   ar ith m eti c   cir cu its .   W s h o w   t h at  th is   lo g ic  in   ad d itio n   to   lo w   p o w er   co n s u m p tio n   h a s   litt le  co m p le x it y   s o   t h at   ar ith m etic  a n d   lo g ic  cir c u its   ca n   b i m p le m e n ted   w it h   f e w er   tr a n s i s to r s .   Var io u s   cir cu its   s u ch   a s   ad d er s ,   d if f er e n tiatio n   an d   m u lt ip lex er s ,   etc.   h a v b ee n   d esi g n ed   an d   i m p le m e n ted   u s in g   th e s tech n iq u es,     an d   p u b lis h ed   in   v ar io u s   ar ticl es.       2.   M AT E RIAL S AN M E T H O DS   2 . 1 .     G DI  t ec hn iqu e s   GDI   tech n iq u e   is   b ased   o n   u s in g   s i m p le   ce ll   as  s h o w n   in   Fig u r 1 .   A t   f ir s g la n ce ,   t h is   b asic  ce ll    is   th s a m a s   C MO S i n v er t er ,   b u t th er ar d if f er en ce s   b et w ee n   t h e m :   -   A   G DI   b ase  ce ll  h a s   f o u r   en tr ies  th at  in cl u d i n p u ( co m m o n   g ate  o f   P MO a n d   NM OS  tr an s is to r s ) ,     P   in p u ( P MO s o u r ce ) ,   i n p u ( NM OS  s o u r ce )   i n p u a n d   in p u ( th e   co m m o n   d r ai n   o f   NM O a n d   P MO S).   -   T h b o d ies  o f   b o th   P MO an d   NM OS  tr an s is to r s   ar co n n e cted   to   P   an d   r esp ec tiv el y .   I n   t h is   s tr u ct u r e,   N,   P   an d   m a y   b u s ed   b o th   as  in p u a n d   as  o u tp u d u to   th cir cu it  s tr u ct u r e.   I s h o u l d   b n o ted   th at   th er is   n o   p o s s ib ilit y   o f   t h r ea lizatio n   o f   th is   i s s u e   in   t h p r o ce s s   o f   s i n g le  s tan d ar d   w e lls .     Ho w e v er ,   it  ca n   b i m p le m e n ted   in   tec h n o lo g ies  s u c h   a s   t w i n   h o les,  C MO o r   S OI .   T a b le  1   s h o w s   h o   s i m p le  c h an g i n   co m b i n ati o n   o f   in p u ts   o f   a   s te m   ce ll  G DI   g et s   co r r esp o n d in g   o u tp u t s   w it h   d i f f er en t   B o o l ea n   f u n ctio n s .   A s   is   s p ec if ied   i n   T ab le  1 ,   w ca n   s e th at  b y   u s in g   t h ese  t w o   s i m p le  tr an s is to r s ,     o n ca n   i m p le m en co m p lex   f u n ct io n s   s u ch   a s   Ma ltes m u lt ip lex er .   I n   GDI   i m p le m e n tatio n s ,   u s i n g   f e w e r   g ates  is   o n o f   th m o s i m p o r tan d esig n   ch ar ac ter is tic s ,   w h ich ,   i n   tu r n ,   w ill  h av f e w er   tr an s is to r s   an d   less   p o w er   w aste  co m p a r ed   to   d esig n i n g   s ta n d ar d   w it h   C MO a n d   P T L   tec h n iq u es .     Fu r t h er   i m p le m e n tatio n   o f   th ese  f u n ctio n s   i n   v ar io u s   tec h n iq u e s   r eq u ir es   th e   u s o f   6   t o   1 2   tr an s is to r s ,     b u th u s o f   GDI   t ec h n iq u allo w s   u s   to   d o   th in ten d ed   d esig n   b ased   o n   u s i n g   f e w er   tr an s i s to r s   an d   th i s   b r in g s   ab o u p o w er   d is s ip atio n ,   s p ee d   u p ,   an d   r ed u ct io n   o f   co m p le x it y   o f   B o o lean   f u n ctio n s .     Mo r eo v er ,   m u lti - i n p u g ates c an   b i m p le m en ted   b y   co m b i n in g   s ev er al  G DI   ce ll s.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       D esig n in g   A LU u s in g   GDI   me th o d   ( Mo h a mma d r eza   F a d a ei )   153       Fig u r 1 .   B ase  ce lls   o f   GDI       T ab le  1 .   Ma k in g   s o m lo g ic  f u n ct io n s   w i th   G DI   ce lls   L o g i c   f u n c t i o n s   D   G   P   N   F1   B A   A   B   0   F2   B A   A   1   B   OR   A + B   A   B   1   A N D   AB   A   0   B   M U X   AC B A   A   B   C   NOT   A   A   1   0       2 . 2 .     Desig nin g   AL w it h G DI t ec hn iq ue   E x a m p le s   o f   GDI   f u n ctio n s   p r esen ted   in   T ab le  1   ar o n ly   t h d ev elo p m e n o f   s in g le - i n p u C M O S   in v er ter   s tr u ct u r to   th r ee - in p u G DI   ce ll  s o   th a th i m p le m e n tat io n   o f   co m p lete  l o g ic  f u n ctio n s   ca n     b r ea lized   w it h   m i n i m u m   tr an s i s to r s .   I n   f ac t,  th i s   m et h o d   ca n   b d ef in ed   in to   m o r co m p lete  a n d   m o r g en er al  f o r m .   E x ten s io n   o f   C MO s tr u ct u r w it h   n   i n p u to   GDI   ce ll  o f   n + 2   in p u ca n   b r ea lized     b y   cr ea tio n   o f   a   p   in p u i n s te ad   o f   V DD   p o w er   s u p p l y   i n   P MO b lo ck   o f   a   C M OS  s tr u c tu r a n d   an   i n p u t   in s tead   o f   V SS   in   NM as s h o w n   i n   Fi g u r 2 .   T h g en er aliza tio n   ca n   b ex p r ess ed   b y :       ( 1 )     No w ,   d ev elo p m e n o f   v ar io u s   lo g ic  g ates  b y   u s i n g   GDI   tech n iq u is   p r esen ted   h er e.   Fo r   c o m p ar is o n   o f   th e   g a tes  i n   C MO S   tech n o l o g y   o r   tr an s f er   g ate   o r   T G,   an d   tr an s f er   g ate   NM OS   o r   N - P is   i m p le m e n ted .   T h ese  g ate s   h a v b ee n   d esi g n ed   w it h   m i n i m u m   tr an s is to r s   p o s s ib le.   T ab le  2   co m p ar es   co m p ar is o n   c ir cu it   d esig n ed   w i th   GDI   tec h n iq u t o   cir cu it i m p le m en ted   w i th   C MO S tec h n iq u e s .           Fig u r e   2 .   I m p le m e n tatio n   o f   a d d er   cir cu it  w it h   GDI   tech n iq u e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N 2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 151    1 6 1   154   T ab le  2 .   C o m p ar is o n   b et w ee n   GDI   an d   C MO s ta m d ar d   D e si g n i n g   t e c h n i q u e   P o w e r ( p W )   P D F   T h e   n u m b e r   o f   t r a n si s t o r s   G D I   1 0 8 / 5   1 3 7 / 8   16   C M O S   2 8 2 . 4   2 5 4 . 1 6   36       3.   RE SU L T   3 . 1 .     Desig nin g   dy na m ic  lo g i circ uit   Hig h - s p ee d   cir cu it   s tr u ctu r e   ( HS0 )   is   s h o w n   i n   Fi g u r 3 .   T h is   cir cu i i n cl u d es  r ese t   tr an s i s to r   NM OS  ( M2 )   an d   t h p u ll - u p   tr an s i s to r   P MO ( M1 ) .   M1   an d   M2   T r an s is to r s   ar co n tr o lled   b y   t h clo c k   s ig n al s .   T h b ase  o f   f u n ctio n   o f   th is   cir c u it  is   th a in   th e   p er io d   w h e n   th clo ck   is   eq u al  to   1 ,   th o u tp u n o d is   co n n ec ted   to   ea r th   b y   M2 .   W h en   th clo ck   is   eq u al  to   ze r o ,   M2   is   o f f   an d   M1   g u id es.     Dep en d in g   o n   t h q u an t ities   o f   i n p u i n   M3 ,   o u tp u t   n o d w i ll  b h ig h   o r   lo w .   I f   t h i n p u t   is   ze r o ,   t h o u tp u t   n o d e   is   co n n ec ted   to   p o w er   s u p p l y o th er w i s e,   th la n d   w ill  b o u tp u t.   T ab le  3   d escr ib es  th s iz e     o f   tr an s is to r s .   T h len g t h   o f   all  tr an s i s to r s   is   co n s id er ed   0 . 1 8   u m .   P o w er   co n s u m p ti o n   o f   t h is   cir c u i t     is   1 0   m W .   T a b le  s h o w n   i n   Sizes o f   cir c u it tr an s is to rs           Fig u r 3 .   Hig h - s p ee d   cir cu it ( HS0 )       T ab le  3 .   T h zize   o f   tr an s is to r s   o f   th cir c u it   T r a n si st o r   n u m b e r   W   ( u m)   M1   90   M2   50   M3   50     T ab le  4 .   Sizes o f   cir cu it tr an s i s to r s   T r a n si st o r   n u m b e r   W   ( u m)   M1   9   M2   5   M3   5   M4   15   M5   9   M6   5   M7   9   M8   5   M9   15   M 1 0   5   M 1 1   9   M 1 2   5   M 1 3   5   M 1 4   5   M 1 5   5   M 1 6   9   M 1 7   15   M 1 8   9   M 1 9   5     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       D esig n in g   A LU u s in g   GDI   me th o d   ( Mo h a mma d r eza   F a d a ei )   155   3 . 2 .     Desig nin g   co m pa ra t o c ircuit   C o m p ar ato r   cir cu it  is   o f   o n o f   th m o s i m p o r tan an alo g   an d   d ig i tal  cir cu it  b lo ck s .     T h er ef o r e,   it  is   n ec ess ar y   t h at  its   o p ti m al  cir c u it  b d esi g n ed   a n d   s i m u lated .   Fi g u r 4   is   r ec o m m en d ed     f o r   co m p ar is o n   cir cu i t.  I n   f ac t ,   th p r o p o s ed   co m p ar ato r   cir cu it  i s   a   d y n a m ic  co m p ar ato r   th at  u s e s   m u ch   les s   p o w er .   W h e n   t h clo c k   i s   " 1 " ,   lo w   NM O tr an s i s to r   is   tu r n ed   o n   a n d   t h ab o v e   P MO tr an s is to r s   w h o s e   g ates  ar co n n ec ted   to   th clo ck   ar o f f .   I f   VI NN  i s   lar g er   t h an   VI NNP ,   o u tp   is   " 1 "   an d   o u tn   i s   " 0 "   an d   v ice  v er s a.   Desp ite  t h s i m p licit y ,   th i s   cir cu i h as  lo w   n u m b er   o f   tr an s is to r s ,   lo w   p o w er   co n s u m p tio n ,     an d   ex ce lle n p er f o r m an ce   t h at  is   s h o w n   b elo w .   Fi g u r 5   s h o w s   th r es u lt  o f   s i m u latio n   o f   t h p r o p o s ed   co m p ar ato r   cir cu it.  O n ca n   s ee   th at  i n   t h r is i n g   ed g o f   t h clo ck   co m p ar i s o n   o p er atio n   is   d o n co r r ec tl y .   Fig u r 6   s h o w s   t h g r ap h   o f   c o m p ar i n g   th p o w er   co n s u m p t io n .   W ca n   s ee   t h at  t h i s   co m p ar is o n   u s e s   p o w er   o n l y   w h e n   t h clo c k   s w itc h es,  a n d   at  o th er   ti m e s   t h p o w er   co n s u m p tio n   is   ze r o .     C o m p ar is o n   o f   th co m p ar ato r   w it h   p r ev io u s   w o r k s   s h o w n   in   T ab le  5 .           Fig u r 4 .   T h p r o p o s ed   c o m p a r ato r   cir cu it  w it h   GDI   tec h n iq u e           Fig u r 5 .   T h r esu lt o f   ti m o f   th p r o p o s ed   co m p ar ato r   cir c u it  w it h   GDI   tec h n iq u e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N 2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 151    1 6 1   156       Fig u r 6 .   P o w er   co n s u m p tio n   o f   th p r o p o s ed   co m p ar ato r   cir cu it  w it h   GDI   tech n iq u e       T ab le  5 .   C o m p ar is o n   o f   th co m p ar ato r   w it h   p r ev io u s   w o r k s   D e l a y   P o w e r   c o n su mp t i o n   C o mp a r i so n   2 . 8   p s   0 . 5   mW   T h i s st u d y   1 6   p s   0 . 6 1   mW   [2 ]   3 5   p s   0 . 4 6 1   mW   [3 ]       3. 3   Desig nin g   t he  pro po s ed  s a m ple a nd   ho l d c ircuit s   As  u s ed   i n   th e   r esear ch   w wan to   d e s ig n   w it h   t h lea s n u m b er   o f   tr an s is to r s ,   w d esi g n   s a m p l e   an d   h o ld   cir cu it  u s i n g   GDI   lo g ic.   Mo r eo v er ,   ca p ac ito r   s w itc h   tech n iq u is   u s ed   to   r ed u ce   p o w er   co n s u m p tio n .     T h in p u o f   s a m p le  a n d   h o ld   cir cu it  is   s i n w av w i th   1   MH b an d w id t h ,   an d   s a m p l s ig n al  f r eq u en c y   is   1 0 0   MH z.   Fig u r 7   s h o w s   th s a m p le  an d   h o ld   cir cu its .   T h s i m u la tio n   r es u lt  o f   th i s   cir cu it  i s   p lo tted     in   Fi g u r 8 .   No w ,   u s i n g   t h i s   tech n iq u e,   w d esi g n   co llecto r   cir cu it.  Fi g u r 9   s h o w s   co ll ec to r   cir cu it  u s in g     th is   tech n iq u e.   I n   [ 4 ] ,   u s i n g   GDI ,   co m p lete  co llecto r   is   d esig n ed   w h o s cir cu it  i s   p lo tted   in   F ig u r 9 .   Her e,   w f ir s t   d esig n   a n d   s i m u late  th c ir cu it  a n d   t h en   p r o p o s cir cu it  w it h   f e w er   tr an s is to r s .     T ab le  6   s h o w s   co m p ar i n g   s a m p le  an d   h o ld   to   th p r ev io u s   wo r k s .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       D esig n in g   A LU u s in g   GDI   me th o d   ( Mo h a mma d r eza   F a d a ei )   157       Fig u r 7 .   Sa m p le  an d   h o ld   cir cu its   u s i n g   GDI   tech n iq u e           Fig u r 8 .   T h r esu lts   o f   s i m u la tio n   o f   s a m p li n g   a n d   h o ld   cir cu it  w it h   GDI   tec h n iq u e       T ab le  6 .   C o m p ar in g   s a m p le  a n d   h o ld   to   th p r ev io u s   w o r k s   P o w e r   c o n su mp t i o n   C o mp a r i so n   8   mW   T h i s st u d y   5 5   mW   [ 5 ]   2 0   mW   [ 6 ]   1 0   mW   [ 7 ]       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N 2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 151    1 6 1   158       Fig u r 9 .   C o llect o r   cir cu it  w it h   GDI   tech n iq u e       3 . 4 .     T he  pro po s ed  co llect o circ uit  w it h G DI t ec hn i qu e   Her e,   w o f f er   co m p lete  co llecto r   cir cu it  d esi g n ed   u s in g   m u lt ip lex er s   d esig n ed   with   G DI .   Fig u r 1 0   s h o w s   th e   cir cu i s ch e m a tic  o f   t h p r o p o s ed   co llecto r .   Her e,   w e   h a v u s ed   th r ee   m u ltip le x er   a n d     an   in v er ter   f o r   d esig n i n g   th c o llecto r .   T h s ize  tr an s i s to r s   o f   th cir c u it   s h o w n   in   T ab le  7 .           Fig u r 1 0 .   T h p r o p o s ed   co lle cto r   cir cu it  w i th   GDI   tec h n iq u e                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       D esig n in g   A LU u s in g   GDI   me th o d   ( Mo h a mma d r eza   F a d a ei )   159   T ab le  7 .   T h s ize  tr an s is to r s   o f   th cir c u it ( 1 1 )   T r a n si st o r   n u m b e r   W   ( u m)   M1   9   M2   5   M3   5   M4   15   M5   9   M6   5   M7   9   M8   5     Fig u r 1 1   s h o w s   t h r es u lt  o f   ti m s i m u lat io n   o f   t h i s   co llecto r .   T h p r o p o s ed   co llecto r   i n   ad d itio n     to   h av i n g   b etter   ti m r esp o n s h a s   les s   p o w er   co n s u m p tio n   as  w e ll.  Dela y   g r ap h   o f   t h i s   co llecto r   is   s h o w n   in   Fi g u r 1 2 .   Fro m   t h is   f i g u r e,   w ca n   s ee   t h at  th e   p r o p o s ed   c o llecto r   cir cu it  h as  4 0   p s   d elay ,     w h ic h   is   ten   ti m es  les s   th a n   th p r ev io u s   co llecto r .   T h ch ar ac ter is tic s   o f   th p r o p o s ed   co llecto r   cir cu it     a s   s h o w n   in   T ab le  8 .   C o m p ar es  th r esu lts   o f   t h p r o p o s ed   co llecto r   co m p ar ed   to   th p r ev io u s   o n e s     as   s h o w n   i n   T ab le  9 .           Fig u r 1 1 .   T h s i m u latio n   r es u lt o f   t h p r o p o s ed   co llecto r   w ith   GDI   tec h n i q u e         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N 2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 151    1 6 1   160       Fig u r 1 2 .   Dela y   o f   th p r o p o s ed   co llecto r   w it h   GDI   tec h n iq u e       T ab le  8 .   T h ch ar ac ter is tics   o f   th p r o p o s ed   co llecto r   cir cu it   V a l u e s   P o w e r   c o n su mp t i o n   D e l a y   P D P   ( n s* mW )   T e mp e r a t u r e   0   2 0 0   u   0 . 0 4   n   5 . 7 4   T e mp e r a t u r e   5 0   2 1 0   u   0 . 0 4   n   -   T e mp e r a t u r e   1 2 0   2 2 0   u   0 . 0 4   n   -   0 . 9   V   s u p p l y   1 0 0   u   0 . 0 8   n   -   1 . 8   V   s u p p l y   2 0 0   u   0. 04   n   -   3 . 3   V   s u p p l y   4 3 0   u   0 . 0 3 n   -   1   p F   c a p a c i t o r   2 0 0   u   0 . 0 2 n   -   2   p F   c a p a c i t o r   2 0 0   u   0 . 0 4   n   -   5   p F   c a p a c i t o r   2 0 0   u   0 . 0 7 n   -       T ab le  9 .   C o m p ar is o n   o f   th p r o p o s ed   co llecto r   to   th p r ev io u s   o n e s   C o l l e c t o r   P o w e r   c o n su mp t i o n   D e l a y   P D P   ( n s.mW )   P r o p o se d   c o l l e c t o r   2 0 0   u W   0 . 0 4   n s   0 . 0 0 8   [ 8 ]   1 . 7 3   mW   1 . 0 0 9   n s   1 . 8   [ 9 ]   5 . 7 3 6   u W   0 . 1 7 9   n s   0 . 0 0 1 2 6   [ 1 0 ]   1 2 7   u W   1 . 1 1 7   n s   1 2 9       4.   CO NCLU SI O N     P r o v id s tate m e n t h at  w h a is   e x p ec ted ,   as  s tated   i n   t h " I n tr o d u ctio n "   ch ap ter   ca n   u lti m atel y   r esu lt  i n   " R es u lt s   an d   D is c u s s io n "   ch ap ter ,   s o   t h er is   co m p atib il it y .   Mo r eo v er ,   it  ca n   also   b ad d ed     th p r o s p ec o f   t h d e v elo p m e n o f   r esear ch   r e s u l ts   a n d   ap p licatio n   p r o s p ec ts   o f   f u r t h er   s t u d ies  i n to   t h n ex t   ( b ased   o n   r esu lt a n d   d is c u s s io n ) .       ACK NO WL E D G E M E NT   I n   th is   s tu d y ,   w d ea lt  w i th   th s i m u latio n   o f   d if f er en t   d y n a m ic s   lo g ic  cir cu i ts ,   co m p ar ed   th eir   r esu lt s ,   an d   th e n   o f f er ed   cir cu it  f o r   r ed u cin g   p o w er   co n s u m p tio n .   W s a w   t h at  u s i n g   t h p r o p o s ed   b u f f er   cir cu it  p o w er   co n s u m p tio n   w a s   r ed u ce d   s h ar p l y   a n d   its   d elay   w as   lo w er .   I n   t h n ex le v el,   w e   d esig n ed   lo g ic   cir cu its   i n   GDI   tec h n iq u es  a n d   d esig n ed   lo g ic  cir c u its   s u c h   as  A ND,   O R ,   XOR  a n d   m u ltip le x er   w ith   t h i s   tech n iq u e.   I w as o b s er v ed   th a t th is   tec h n iq u w i th   f e w er   n u m b er   o f   tr a n s i s to r s ,   o n ca n   d e s ig n   lo g ic  cir c u it s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.