I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m bedd e d Sy s t em s   ( I J RE S)   Vo l.   10 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 2 1 ,   p p .   25 ~ 31   I SS N : 2 0 8 9 - 4 8 6 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijre s . v 1 0 . i1 . p p 25 - 31          25       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   Ultra hig h sp eed  f ull ad der  for  bio medica l   a pplica ti o ns       B a s a v o j u H a rish 1 ,   M .   S.   S.   Ruk m ini 2   1 De p a rtme n t  o f  El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g ,   Vig n a n ' s   Lara   In stit u te  o f  Tec h n o l o g y   &   S c ien c e ,   In d ia   2 De p a rtme n t  o f  El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g ,   Vig n a n ' s Un iv e rsity ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   10 ,   2 0 20   R ev is ed   J an   1 0 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   J an   2 0 ,   2 0 21       In   t h e   fiel d   o f   b i o m e d ica l   e n g i n e e rin g   h i g h   p e rfo rm a n c e   CP U   fo r   d ig it a l   sig n a l  p ro c e ss in g   p la y s  a   sig n ifi c a n t  ro le.  F re q u e n c y   e fficie n t  c i rc u it   is  a   p a ra m o u n t  re q u irem e n t  fo r  th e   p o rtab le  d ig i tal  d e v ice s  e m p lo y i n g   v a ri o u s   d ig it a l  p ro c e ss o rs.  I n   th is  w o rk   a   n o v e l  h ig h   sp e e d   one - b i t   1 0 T  fu ll   a d d e r  with   c o m p lem e n ted   o u t p u t   wa s  d e sc rib e d .   Th e   c ircu i t  wa s  c o n str u c ted   wit h   XO R  g a tes   wh ich   we re   b u il t  u si n g   tw o   CM OS   tran sisto rs.  T h e   XO R  g a te  wa s  c o n stru c ted   u si n g   2 T  m u lt i p lex e r  c ircu it   sty le.  It  wa s  o b s e rv e d   th a t   p o we r  c o n s u m p ti o n   o f  t h e   d e sig n e d   c ircu it   a t  1 8 0 n m   with   s u p p l y   v o lt a g e   1 . 8 V  is  1 8 3 . 6   u W  a n d   d e lay   wa s  1 . 8 0 9   p s  wh e re a s  p o we r  c o n s u m p ti o n   a t  9 0 n m   wi th   s u p p ly   v o lt a g e   1 . 2 V  is  2 5 . 7 4   u W   a n d   d e lay   wa s  8 . 2 4 5   p s.   Th e   o b se rv e d   P o we r  De lay   P r o d u c t  ( P DP)  i n   1 8 0 n m   (a t   su p p l y   v o lt a g e   1 . 8 V)  is   0 . 3 3   a n d   i n   9 0 n m   (a t  su p p l y   v o lt a g e   1 . 2 V)   is  0 . 2 1 2 .   T h e   wo rk   wa s  e x ten d e d   b y   im p lem e n ti n g   a   3 2 - b i t  Rip p le  Ca rry   Ad d e r  (RCA)  a n d   wa s  fo u n d   t h a t  t h e   d e lay   a t  1 8 0 n m   is  9 3 . 7 p s  a n d   a t   9 0 n m   is  1 9 8 p s.  T h e   re su lt s  we re   d ra wn   a t  1 8 0 n m   a n d   a ls o   9 0 n m   tec h n o l o g y   u sin g   CAD   t o o l.   Th e   re su lt s  s a y   th a t   th e   p re se n t  wo rk   o ffe re d   sig n ifi c a n t  e n h a n c e m e n t  in   sp e e d   a n d   P DP  c o m p a re d   with   e x isti n g   d e sig n s.    K ey w o r d s :   1 0   tr an s is to r   C MO S   Fu ll a d d er   Hig h   Sp ee d   PDP   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   B asav o ju   Har is h   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g   Vig n an ' s   L ar a  I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   &   Scien ce   Gu n tu r ,   I n d ia   E m ail:  1 7 h ar is h @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Ad v an ce m en t  i n   VL SI  tech n o lo g y   g iv e n   p ath   t o   im m en s e  d ev elo p m e n t  in   p o r tab le  d ig ital  eq u ip m en ts   lik e  m o b ile  h a n d s ets,  tab lets ,   PDA’ s   etc.   T h e  co m p ac t  s izes,  lo w  p o wer ,   h ig h   s p ee d   o f   o p er atio n s   ar e  th e  k ey   f ea tu r es  o f   th es e  ap p licatio n s .   Ho wev er   s till   r esear ch   h ad   b ee n   g o in g   o n   to   im p r o v e  th e  p er f o r m an ce s   o f   th e  a p p licatio n s .   E v er y   tim e  it  is   a  ch allen g e  f o r   th e  VL SI  en g in ee r s   to   b r in g   tr ad eo f f   am o n g   th e  d esig n   en titi es  lik e   p o wer   co n s u m p tio n ,   d elay   a n d   ar ea   o f   VL SI   ch ip s .   Sin ce ,   a d d itio n   is   b asic  o p er atio n   th at  is   ex ten s iv ely   u s ed   in   m o s t  o f   th e  p r o ce s s o r s ,   th is   m o d u le  p lay s   im p o r tan t  r o le   in   ar i th m etic  o p er atio n s  lik e  ad d itio n ,   m u ltip licatio n ,   d iv is io n   an d   ad d r ess   f o r m atio n   [1 ,  2 ] .   T h e  p o wer   d elay   p r o d u ct  ( PDP)  o f   th e   ad d er   af f ec ts   th e  to tal  p er f o r m an ce   o f   th e  s y s tem .   C o n s id er in g   th is   f ac t,  th e  f u ll  ad d er s   ar e  to   b e  d esig n ed   with   h ig h   s p ee d   a n d   less   p o we r   [ 3 ] .   An y   d ig ital p r o ce s s o r   co n s is ts   o f   a  f u ll a d d er   cir cu it a t its   in i tial le v els o f   ar ch itectu r e.   T h e  f u ll a d d er   d esig n s   h as  th e  ef f ec t  o n   th e  a ll  th e  o p er atio n s   o f   p r o ce s s o r s   lik e  DSP  ar ch itectu r es  an d   m i cr o p r o ce s s o r s .   T h e  ex is tin g   2 8 T   f u ll  ad d er   was  d esig n ed   u s in g   C MO S  tech n o lo g y   wh ic h   co n s is ts   o f   2 8   t r an s is to r s   [ 4 ] .   T h e  d em er its   o f   2 8   tr an s is to r s   C MO S  f u ll  ad d er   was  its   n ee d   o f   b u f f e r s   an d   its   h ig h   im p ed a n ce   an d   th e  m er it  is   r o b u s tn ess   ag ain s t  s ize  o f   th e  tr an s is to r s   an d   s ca lin g   o f   v o ltag e  lev els   [ 5 ] .   T h e  o u tp u t  s win g   in   co m p lem en tar y   p ass   tr an s is to r   ( C PL)   s ty le  f u ll  ad d er   ( 3 2   t r an s is to r s )   was  g o o d   b u t  ca n n o t  b e   u s ed   f o r   lo w  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :  2 0 8 9 - 4 8 6 4   I n t J Reco n f ig u r a b le  &   E m b ed d ed   Sy s t,  Vo l.  10 ,   No .   1 ,  Ma r c h   2 0 2 1 :   25   –   31   26   p o wer   cir cu its   [ 6 ,  7 ] .   T h e  d e m er it  o f   o u tp u t  d eg r ad atio n   in   C PL  was  elim in ated   in   tr an s m is s io n   g ate  ad d e r   ( 2 0   tr a n s is to r s ) .   I n   th e   p r o p o s e d   cir cu it  th e  f u ll  ad d er   was  co n s tr u cted   u s in g   o n ly   1 0   tr an s is to r s   wh ich   p r o m is e  f u ll   s win g   v o ltag e   le v els  at  its   o u tp u ts   [ 8 ] . T h e   p r o p o s ed   cir c u it  p r o d u ce d   co m p lem en ted   s u m   an d   ca r r y   o u tp u ts .   I t   u s ed   b asic  b u ild in g   b lo c k s   wh er e   ea ch   b lo ck   c o n s is ts   o f   2   tr a n s is to r   m u ltip lex er   cir c u it  wh ich   p r o d u ce d   XOR  o u tp u t  as  s h o wn   in   Fig u r e  2 ( a) .   T h e  s u m   an d   ca r r y   o u t p u ts   g en er ate d   wer e  g iv e n   to   t h e   in v er ter   cir c u its   to   p r o d u ce   f u ll  s win g   co m p lem en ted   s u m   an d   c ar r y   o u t p u ts   [9 - 1 2 ] .   T h e  m ain   aim   o f   th e   p r o p o s ed   d esig n   was  to   s h o w  ef f icien cy   in   th e  d elay ,   PDP  an d   n u m b er   o f   tr an s is to r s   co m p ar ed   to   o th er   ex is tin g   f u ll  ad d er s .   T h e  p r o p o s ed   d esig n   was  im p lem en ted   b y   v ar y in g   th e  wid th   o f   th e  tr an s is to r s   in   o r d er   to   ac h iev e  f u ll  v o ltag e  s win g   a t  9 0   an d   1 8 0 n m   tec h n o lo g y   u s in g   SP I C E   to o l  as  s h o wn   in   T ab le  1 .   T h e   p r o p a g atio n   d elay   o f   th e  p r o p o s ed   cir cu it  was  8 . 2 4 5   p s   an d   th e  p o wer   co n s u m p tio n   was  2 5 . 7 4   u W   at  9 0 n m   wh er ea s   p r o p a g atio n   d elay   w as  1 . 8 0 9   p s   an d   p o wer   co n s u m p tio n   was  1 8 3 . 6   u W   at  1 8 0 n m   tec h n o lo g y   as  s h o wn   in   T ab le   2  an d   T ab le   3 .         2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T h e  p r o p o s ed   d esig n   co n s is ts   o f   f i v e  b lo ck s :  m o d u le   1 ,   2 ,   3 ,   4   &   5 .   Mo d u le  1 ,   2   &   3   co n s is t s   o f   2   tr an s is to r   m u ltip lex er   ci r cu it  wh ich   p r o d u ce d   XOR  o u tp u t  as  s h o wn   in   Fig u r e  1 .   Mo d u le   1 ,   2   &   4   g en er ates  th e  co m p lem en ted   s u m   a n d   m o d u l e  3   &   5   g e n er ates  co m p le m en ted   ca r r y .   T h e   wid th   o f   th e  tr an s is to r s   in   ea c h   m o d u le  was  v ar ied   s u ch   th at   th e  d esig n   en titi es  lik e  d elay ,   ar ea   an d   PDP  wer e  o p tim ized .   T h e   f u ll   lo g i c   s win g   o f   th e  o u tp u t   lev els  was  o b tain e d   b y   v ar y in g   th e   wid t h   o f   th e   tr an s is to r s   in   t h e  m o d u les  an d   p lacin g   th e   in v er ter s   at  th e  o u tp u ts .   T h es e  in v er ter s   will  r esto r e  th e  lo g ic  lev els  r esu lted   in   co m p le m en ted   o u tp u ts .   T h e   ca r r y   o u tp u t   was  co n s tr u cted   u s in g   2   tr an s is to r   m u ltip lex e r   cir cu it  o n ly   [ 1 3 - 1 5 ] .   T h is   c ar r y   o u tp u t   cir cu it   co n s is ts   o f   MP4   &   MN 4 ;  th e  o u tp u t  o f   t h is   ca r r y   m o d u le  was  co n n ec ted   to   in v er te r   to   ac h iev e  co m p lem en te d   ca r r y .   T h e  in v e r ter   co n n ec ted   at  th e  o u tp u t p r o d u ce s   f u ll swi n g   lo g ic  le v els.           Fig u r e  1 .   B lo ck   d iag r am   o f   th e  p r o p o s ed   f u ll a d d er   d esig n       3.   CIRCU I T   O P E RAT I O N   T h e  m o d u le  1   c o n s is ts   o f   2 T   XOR  cir cu it  wh ich   p r o d u ce d   XOR  o u tp u t  as  s h o wn   in   F ig u r e   2 ( a ) .  T h is   2 T   XOR  ( m o d u le  1 )   ci r cu it  co n s is ts   o f   MP1   ( PMOS)   &   MN 1   ( NM OS)   tr an s is to r s .   B u t  th er e  was  a  v o ltag e  d e g r ad atio n   p r o b lem   in   it.  T o   o v e r co m e   th e  p r o b le m   th e  wid th   o f   th e  t r an s is to r s   MP1   &   MN 1   ar e   v ar ied .   Mo d u le  2   co n s is ts   o f   2 T   XOR  wh er e  in p u ts   wer e  C in   an d   XOR  o u tp u t  o f   m o d u le  1 .   T h e  m o d u le  2   co n s is ts   o f   MP2   &   MN 2   tr an s is to r s   wh o s e  ch an n el  wid th s   w er e  also   v ar ied   as sh o wn   in   Fig u r e   2 ( b )   [ 1 6 ,  1 7 ] .                 ( a)   ( b )     Fig u r e  2 .   ( a )   2 T   m u ltip lex er   ci r cu it; ( b )   Pr o p o s ed   1 0 T   f u llad d er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Reco n f ig u r a b le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4 8 6 4       Ultr a   h ig h   s p ee d   fu ll a d d er fo r   b io med ica l   a p p lica tio n s   ( B a s a vo ju   Ha r is h )   27   T h e  s u m   o u tp u t  o f   m o d u le  2   was  ap p lied   to   in v e r ter   t o   g i v e  co m p lem e n ted   s u m   o u tp u t   wh ich   h as  f u ll  s win g   v o ltag e  le v el.   Mo d u le  3   also   co n s is ts   o f   2 T   XOR  wh o s e  in p u ts   wer e  C in   a n d   B   ap p lied   to   MP4   &   MN 4   tr an s is to r s   wh er e  ch an n el  wid th s   wer e  also   v ar ied .   T h e  o u tp u t  o f   th e  m o d u le  3   w as  g iv en   to   in v er ter   wh ich   y ield ed   c o m p lem e n ted   ca r r y .       4.   P E RF O RM A NCE O F   T H E   P RO P O SE D  DE SI G N   T h e  p r o p o s ed   f u ll  ad d er   as  s h o wn   in   Fig u r e  2 ( b )   was  d esig n ed   at  9 0   a n d   1 8 0 n m   tech n o lo g y .   T h e  d esig n   en titi es lik e  tr an s is to r   co u n t,  av e r ag e  p o wer   an d   d elay   was c o m p ar ed   with   p r e v io u s   d esig n s   [ 1 8 ,  1 9 ] .   I t  was  o b s er v ed   th at  in   th is   d esig n   th e  p r o p ag atio n   d elay   was   r ed u ce d   b y   less   th e  n u m b er   o f   tr an s is to r s   in   th e  cir cu it a n d   also   d u e  to   with   o f   th e  tr an s is to r s   as sh o wn   in   T a b le  1 .     Fu ll  v o ltag e  s win g   was   o b tain ed   b y   co n n ec tin g   th e  o u t p u ts   to   th e  v o ltag e  r esto r atio n   cir cu it  ( in v er ter ) . T h e  p r o p o s ed   ad d e r   was  co m p ar ed   with   o t h er   ad d er s .   T h e  r esu lts   wer e  co m p a r e d   b y   s im u latin g   all   th e  ad d er s   in   9 0   an d   1 8 0 n m   t ec h n o lo g y .   T h e  p er f o r m a n ce   p ar am eter s   lik e  PDP,  p o wer   a n d   o p e r atin g   s p ee d   with   th e  s u p p ly   v o ltag e  1 . 8 V  an d   1 . 2 V   ar e  d r awn   at  1 8 0 n m   a n d   9 0 n m   r esp ec tiv el y   an d   c o m p ar e d   with   ex is tin g   d esig n s .   T h e  c o m p ar i s o n s   ar e  s h o wn   in   th e   T ab le s   2  an d   T ab le   3.       T ab le  1 .   T r a n s is to r   ch an n el  wi d th s   o f   p r o p o s ed   f u ll a d d er   Tr a n s i st o r   N a m e   W i d t h   ( 1 8 0 n m T e c h n o l o g y )   W i d t h   ( 9 0 n m  Te c h n o l o g y )   M N 1   2 0 0   1 2 0   M N 2   2 0 0   1 2 0   M N 3   2 0 0   1 2 0   M N 4   2 0 0   1 2 0   M N 5   2 0 0   1 2 0   M P 1   2 0 0   1 2 0   M P 2   2 0 0   1 2 0   M P 3   2 0 0   1 2 0   M P 4   2 0 0   1 2 0   M P 5   2 0 0   1 2 0       5.   CALCU L A T I O N  O F   P RO P AG AT I O N  D E L AY  AND  P O WE R  DI SS I P AT I O N   T h e  p r o p ag atio n   d elay   in   an   a d d er   is   g o v er n e d   b y   th e  o v er a ll  s p ee d   o f   th e   en tire   ar ith m etic  u n it  o f   th e  p r o ce s s o r s   o r   i n   o t h er   wo r d s   o v er all  s p ee d   o f   th e   d esig n   ca n   b e   ca lcu lated   u s in g   p r o p a g atio n   d elay .   I n   t h is   d esig n   th e  ca r r y   was  g en er ate d   u s in g   2 T   m u ltip lex e r   lo g ic  cir cu it  wh ich   ac ted   lik e  an   XOR  g ate.   T h e  ca r r y   in p u ts   ( C in )   wer e  g iv en   to   th i s   XOR  g ate  ( ie. ,   m o d u le   2 ) .   T o   o v e r co m e  th e   p r o b lem   o f   v o ltag e   s win g   at  th e   o u tp u t  th e  ca r r y   o u tp u t  was  g iv en   to   th e  in v er ter   cir cu it  wh ich   ac ted   as  lev el  r esto r er .   I n   t h is   d esig n   th e  ca r r y   in p u t  was  p r o p ag ate d   th r o u g h   o n ly   o n e   m o d u le  ie. ,   m o d u le   2   wh ich   ac ted   as  XOR  g ate  as  s aid   ab o v e   an d   h en ce   lead s   to   v er y   less   p r o p ag atio n   d elay   [ 2 0 ] .   Ho wev er   th e  wid th s   o f   th e  tr an s is to r s   at  1 8 0 n m   a n d   9 0 n m   tech n o lo g y   b ein g   ch a n g ed   t o   r ed u ce   th e  p r o p a g atio n   d elay   [ 2 1 ] .     Po wer   co n s u m p tio n   in   VL SI  c ir cu its   is   d u e  to   s witch in g   o f   t h e  tr an s is to r s   an d   s h o r t c ir cu it s .     T h e  to tal  p o wer   is   g iv en   as   Pto tal  =  Vd d .   Fclk   . ∑i Vswin g . C lo ad . Pi +  Vd d . ∑i I s c  +  Vd d . I l   W h er e  Vd d   =  s u p p l y   v o ltag e,     Vswin g   =  v o ltag e  s win g   at  th e   o u tp u t   C lo ad   =i  lo ad   ca p ac itan ce   Fclk   =  f r eq u e n cy   o f   o p er atio n   I s c=   s h o r t c ir cu it c u r r en t   I l=  leak ag e  cu r r en t.     T h e  av er a g e  p o we r   co n s u m p tio n   was  ca lcu lated   f o r   th e  p r o p o s ed   d esig n   at  1 8 0 n m   a n d   9 0 n m   tech n o lo g ies.  T h e  s u p p ly   v o ltag e  at  1 8 0 n m   a n d   9 0 n m   tec h n o lo g ies  was  1 . 8 v   a n d   1 . 2 v   r esp ec tiv ely .   T h e   wid th s   o f   th e  tr an s is to r s   in   th e  p r o p o s ed   d esig n   at  1 8 0 n m   an d   9 0 n m   tech n o lo g ies  wer e  2 0 0 n m   a n d   1 2 0 n m   r esp ec tiv ely .   T h e   p o wer   o f   th e  d esig n   at  two   d if f er e n t   tech n o lo g ies  was  g iv en   in   th e   T ab le s   2  an d   T a b le   3 .   I t   was  o b s er v ed   th at  av e r ag e  p o wer   co n s u m p tio n   o f   th e  d es ig n   at  9 0 n m   was  less   wh en   co m p ar ed   to   1 8 0 n m   tech n o lo g y   [ 2 2 ,  2 3 ] .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :  2 0 8 9 - 4 8 6 4   I n t J Reco n f ig u r a b le  &   E m b ed d ed   Sy s t,  Vo l.  10 ,   No .   1 ,  Ma r c h   2 0 2 1 :   25   –   31   28   T ab le  2 .   Simu latio n   r esu lts   at  1 8 0 n m   t ec h n o lo g y   D e si g n   A v g   P o w e r   ( u W )   D e l a y   ( n s)   P D P   ( f J)   Tr a n s i st o r   C o u n t   R e f e r e n c e   C M O S   6 . 2 1 9 9   2 9 2 . 1   1 . 8 1 6 8 3   28   [ 4 , 1 8 ]   M i r r o r   6 . 0 7 9 7   2 8 1 . 6 1   1 . 7 1 2 1 0   28   [ 1 8 ]   C P L   7 . 7 1 9 8   1 8 3 . 9 7   1 . 4 2 0 2 2   32   [ 5 , 6 ]   TFA   8 . 2 4 9 1   2 8 7 . 1   2 . 3 6 8 3 1   16   [ 2 1 ]   TG A   8 . 4 7 1 9   2 9 3 . 9   2 . 8 9 8 9   20   [ 7 , 8 ]   1 4 T   1 2 . 7 2 1   3 8 1 . 7   4 . 8 5 5 8 7   14   [ 1 0 ]   1 0 T   1 4 . 3 4 4   1 3 2 . 5 9   1 . 9 0 2 0 6   10   [ 2 4 ]   H P S C   6 . 3 7 9 8   2 7 3 . 7   1 . 7 4 6 1 5   22   [ 1 1 ]   M a j o r i t y   B a se d   6 . 3 2 2 7   1 8 5 . 4   1 . 1 7 2 2 2   --   [ 2 3 ]   2 4 T   1 5 . 9 1   3 1 4 . 2   4 . 9 9 8   24   [ 1 ]   F A _ H y b r i d   5 . 9 7 8   2 5 2 . 3   1 . 5 0 8   24   [ 2 ]   F A _ D P L   1 9 . 5 6   2 2 6 . 6   4 . 4 3 2   22   [ 1 9 ]   F A _ S R - C P L   2 0 . 7 8   2 2 0 . 6 5   4 . 4 3 2   20   [ 1 9 ]   C M O S   &   TG   4 . 1 5 6 3   2 2 4   0 . 9 3 1   16   [ 1 9 ]   Pr o p o sed   1 8 3 . 6   0 . 0 0 1 8 0 9   0 . 3 3   10   P r e sen t       6.   I M P L E M E NT A T I O N  O F   3 2 - B I T   RCA   T h e  wo r k   was  ex ten d ed   b y   im p lem en tin g   a  3 2 - b it  R C A  i n   1 8 0   an d   9 0   n m   tech n o lo g ie s .   T h e  s u m   an d   ca r r y   o u tp u ts   o f   f u ll  ad d er   in   ea ch   s tag e  d ep en d   o n   ca r r y   o f   p r e v io u s   s tag e  wh ich   r esu l ts   in   p r o d u cin g   th e   f in al  ca r r y   with   m o r e  d elay .   I n   th is   cir cu it  th e  d elay   wa s   v er y   less   co m p ar ed   to   o t h e r   s tan d ar d   d esig n s .   Ov er all  d elay   o f   th e  R C A  ad d er   ca n   b e  m in im ized   b y   im p lem en tin g   u s in g   th e  d esig n .   Fro m   th e  o b tain ed   r esu lts   it   is   o b s er v ed   th a t  th e  o v er all  d elay   p r o d u ce d   b y   th e   3 2 - b it  R C A  in   9 0 n m   tech n o l o g y   ( at  1 . 2 V  s u p p ly   v o ltag e)   is   1 9 8 . 8 p s   an d   in 1 8 0 n m   tech n o l o g y   ( at  1 . 8 V  s u p p l y   v o ltag e)   is   9 3 . 7 p s .   32 - b it  f u llad d er   u s in g   1 - b it   f u ll a d d er   m u ltip lex er   cir cu it   a s   s h o wn   in   Fig u r e  3 .           Fig u r e  3 .   3 2 - b it  f u llad d e r   u s in g   1 - b it  f u ll a d d e r   m u ltip lex e r   cir cu it       T ab le   3 .   Simu latio n   r esu lts   at  9 0 n m   t ec h n o lo g y   D e si g n   A v g   P o w e r   ( u W )   D e l a y   ( n s)   P D P   ( f J)   Tr a n s i st o r   C o u n t   R e f e r e n c e   C M O S   1 . 5 7 9 9   0 . 1 2 6 9   0 . 2 0 0 4   28   [ 4 , 1 8 ]   M i r r o r   1 . 5 7 0 1   0 . 1 2 2 6   0 . 1 9 2 4   28   [ 1 8 ]   C P L   1 . 7 5 9 8   0 . 0 7 9 1   0 . 1 3 9 2   32   [ 5 , 6 ]   TFA   1 . 7 3 6 3   0 . 3 1 9 8   0 . 5 5 5 2   16   [ 2 1 ]   TG A   1 . 7 6 1 9   0 . 2 3 1 7   0 . 4 0 8 2   20   [ 7 , 8 ]   1 4 T   3 . 3 2 9 7   0 . 3 3 8 9   1 . 1 2 8 4   14   [ 1 0 ]   1 0 T   ---   ---   ---   10   [ 2 4 ]   H P S C   1 . 5 6   0 . 2 2 0 7   0 . 3 4 4 2   22   [ 1 1 ]   M a j o r i t y   B a se d   1 . 5 7 5 1   0 . 0 9 3 9   0 . 1 4 7 9   --   [ 2 3 ]   2 4 T   7 . 7 0 7   0 . 1 4 0 6   1 . 0 8 3 6   24   [ 1 ]   F A _ H y b r i d   6 . 2 1   0 . 1 4 3   0 . 8 8 8   24   [ 2 ]   F A _ D P L   7 . 3 4   0 . 2 5 4   1 . 8 6 4   22   [ 1 9 ]   F A _ S R - C P L   7 . 4   0 . 1 6 7   1 . 2 3 5   20   [ 1 9 ]   C M O S   &   TG   1 . 1 7   0 . 0 9 1 3   0 . 1 0 7 4   16   [ 1 9 ]   P r o p o se d   2 5 . 7 4   0 . 0 0 8 2 4 5   0 . 2 1 2 2   10   P r e sen t         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Reco n f ig u r a b le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4 8 6 4       Ultr a   h ig h   s p ee d   fu ll a d d er fo r   b io med ica l   a p p lica tio n s   ( B a s a vo ju   Ha r is h )   29   7.   SI M UL A T I O N  R E S UL T S   I n   th is   wo r k   1 5   d if f er e n t  f u ll  ad d er s   wer e  co m p ar e d   in   ter m s   o f   av er ag e  p o wer ,   d ela y   an d   PDP  . T h e  s im u latio n   r esu lt  o f   p r o p o s ed   1 0 T   f u ll  ad d e r   was  co m p ar ed   with   d if f er en t  f u ll  ad d e r s   v iz  2 8 T   C MO S  ,   2 8 T   Mir r o r   ad d e r ,   3 2 T   C PL,   1 6 T   T FA,  2 0 T   T GA,   1 4 T   Fu llad d er   ,   1 0 T   f u ll  ad d er ,   HPSC   ,   m ajo r ity   b ased   ,   2 4   T   Fu ll  ad d er ,   2 4 T   FA_ Hy b r id   ,   2 2 T   FA_ DPT,   FA_ SR C PL,   1 6 T   C MO S  &   T G   [ 2 4 ] .   T h e  s im u latio n   p r o ce s s   was  ca r r ied   o u t  b y   p ar a m etr ic  an aly s is   o f   th e   wid th s   o f   t h e  tr an s is to r s   s o   th at  p r o p e r   v o ltag e  s win g   was   o b tain ed   with   less   d elay .   T h e  cir cu it  d esig n   a n d   s im u latio n   p r o ce s s   was  co m p r o m is ed   in   r ed u cin g   th e  p o wer   co n s u m p tio n .   Ho wev er   th e  d elay   o f   t h e  cir cu it  was  g r ea tly   o p tim ized   wh en   co m p a r ed   to   all  o th er   d esig n s .   T h e  p o wer   d elay   p r o d u ct  ( PDP)  was a ls o   o p tim ized   d u e  to   v er y   lo w   p r o p ag ati o n   d ela y   [ 2 5 ] .   T h e  p r o p o s ed   f u llad d er   cir c u i t  was  co n s tr u cted   u s in g   1 0   t r a n s is to r s .   T h e  s ch em atic  o f   th e   f u llad d er   was  d esig n ed   at  1 8 0 n m   a n d   9 0 n m   C MO S  tech n o lo g ies  u s in g   C ad en ce   Vir tu o s o   to o l.  T ab le  1   s h o ws  th e  wid th s   o f   th e  tr an s is to r s   at  1 8 0 n m   an d   9 0 n m   tech n o l o g ies.  T ab les  2   an d   3   s h o w  th e  p er f o r m an ce   co m p ar is o n   r eg ar d in g   PDP,  p r o p ag atio n   d el ay   an d   p o wer   co n s u m p tio n .   Fro m   T ab le  2   it  ca n   b e   o b s e r v ed   th at  th e   PDP   was  3 5 . 4 %  ef f icien t  with   th e  b est  d esig n   r ep o r t  at  1 8 0 n m .   Als o   f r o m   th e  T ab le s   2   &   3   t h e  p r o p ag atio n   d elay   was  v er y   less   co m p ar ed   with   all  o th er   cir cu i ts   at  1 8 0   n m   &   9 0 n m   tech n o lo g y   as  s h o wn   i n   Fig u r es  5   an d   6 .   T h e  Fig u r e   4   s h o ws  th e  co m p ar is o n   o f   PDP  o f   v ar io u s   f u lla d d er s   with   th e   p r esen t   wo r k .   I n   th is   p ap e r   a   3 2 - b it  R C A  as  s h o wn   in   Fig ur e  3   wa s   im p lem en ted   as  an   e x ten s io n   to   t h e  p r o p o s ed   wo r k .   I n   th e   im p lem en ted   R C A   o n ly   th e  d elay   was  ca lcu lated .   T h e  p er f o r m a n ce   ev alu atio n   was  ca r r ied   o u t  at  1 8 0 n m   an d   9 0 n m   tech n o lo g ies.   T h e  r esu lts   s h o wn   th at  th e  o v er all  d elay   p r o d u ce d   b y   th e  3 2 - b it  R C A  i n   9 0 n m   tech n o l o g y   ( at  1 . 2 V  s u p p ly   v o ltag e)   is   1 9 8 . 8 p s   an d   in 1 8 0 n m   tech n o lo g y   ( at  1 . 8 V  s u p p l y   v o ltag e)   is   9 3 . 7 p s .           Fig u r e  4 .   PDP o f   d if f er e n t  f u ll   ad d er   d esig n s           Fig u r e  5 .   Dela y   o f   d i f f er en t  f u ll  ad d er   d esig n s   at  9 0 n m   tec h n o lo g y           Fig u r e  6 .   C o m p a r is o n   o f   d elay   o f   d if f er en t  f u ll  ad d e r   d esig n s   at  1 8 0 n m   tech n o lo g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :  2 0 8 9 - 4 8 6 4   I n t J Reco n f ig u r a b le  &   E m b ed d ed   Sy s t,  Vo l.  10 ,   No .   1 ,  Ma r c h   2 0 2 1 :   25   –   31   30   8.   CO NCLU SI O N   Her e  a  d elay   e f f icien t  a d d er   w as  in tr o d u ce d .   T h e   d esig n   was  ca r r ied   o u t  u s in g   SP I C E   to o l   at  9 0   an d   1 8 0 n m   tech n o lo g y .   I t  was  o b s er v ed   f r o m   th e   r esu lts   th at   p r o p o s ed   cir cu it  o f f er s   im p r o v e d   p r o p a g atio n   d elay   &   PDP.  Fro m   s im u latio n s   it  ca n   b e   s aid   th at   th e  a d d er   cir cu it  is   3 5 . 4 %  ef f icien t   in   PD P  wr t  b est  d esig n   at  1 8 0 n m   tech n o l o g y   a n d   1 0 . 4 %   ef f icien t  in   d elay   wr t  b est  d e s ig n   at  9 0 n m   tec h n o lo g y .   T h e   cir cu it  was  f u r th er   u s ed   to   im p lem en t  a  3 2 - b it  R C A.   T h e  p r o p ag atio n   d elay   o f   3 2 - b it  R C A  at  1 0 0 MH z  in   9 0 n m   tech n o lo g y   ( at   1 . 2 V  s u p p l y   v o ltag e )   is   1 9 8 . 8 p s   an d   in 1 8 0 n m   tech n o lo g y   ( a t 1 . 8 V  s u p p l y   v o ltag e )   is   9 3 . 7 p s .         RE F E R E NC E S   [1 ]   X.  S .   Li ,   e t   a l. ,   " An a ly sis   a n d   sim p li fica ti o n   o f  t h re e - d ime n sio n a l  sp a c e   v e c to r  P WM   fo r   th re e - p h a se   fo u r - le g   in v e rters , "   I EE E  T ra n s a c ti o n s o n   In d u stria l  El e c tro n ics ,   v o l .   5 8 ,   p p .   4 5 0 - 4 6 4 ,   F e b   2 0 1 1 .     [2 ]   Tu n g ,   S h ieh ,   “ A  lo w - p o we r  h ig h - sp e e d   h y b rid   CM OS  f u ll   a d d e r  fo r  e m b e d d e d   s y ste m , ”   IEE E  C o n fer e n c e   o n   De sig n   Dia g n o stics   E  C  S y ste ms . ,   v o l .   1 3 ,   A p r.   2 0 0 7 .     [3 ]   Ba y o u m i,   “ De sig n   o f   r o b u st,   e n e r g y   e fficie n t   fu ll   a d d e rs  f o r  d e e p - s u b m icro m e ter  d e sig n   u si n g   h y b ri d - CM OS   lo g ic  sty le,”  IEE E  T ra n s a c ti o n s (V L S I) . ,   v o l.   1 4 ,   De c .   2 0 0 6 .     [4 ]   Wes te,  CM OS   V L S I  d e sig n ,   3 rd   e d .   De lh i ,   In d ia:  P e a rso n   P u b l ish e r s,  2 0 0 6 .     [5 ]   J.  M .   Ra b a e y ,   D ig i ta l  in teg r a ted   c irc u it s ,   P e a rso n   P u b li sh e rs,  2 0 0 3 .     [6 ]   D.  R  k ris h n a n ,   “ Lo w - v o lt a g e   lo w - p o we r  CM OS  f u ll   a d d e r, ”   IE EE   Circ u it s De v ice s S y ste ms . ,   v o l.   1 4 8 ,   F e b .   2 0 0 1 .     [7 ]   R.   Zi m m e rm a n n ,   “ Lo w - p o we r  l o g ic  st y les :  CM OS   v e rsu s  p a ss - tran sisto r  lo g ic,”  J o u rn a l  o f   S o li d   S ta te   Circ u it s ,  IEE E,   v o l.   3 2 ,   J u l.   1 9 9 7 .     [8 ]   Ch a n g ,   “ A  re v iew   o f  0 . 1 8 - μm   fu ll   a d d e r  p e rfo rm a n c e s  fo r  tree   stru c tu re d   a rit h m e ti c   c ircu it s,”   IEE E  T ra n sa c t io n s   o n   V L S I ,   v o l.   1 3 ,   Ju n .   2 0 0 5 .     [9 ]   M .   S h a m s  a n d   M .   A,  “ P e rf o rm a n c e   a n a ly sis  o f   lo w - p o we r  1 - b it   CM OS  fu l l   a d d e r  c e ll s,”   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   VL S I ,   v o l.   1 0 ,   F e b .   2 0 0 2 .     [1 0 ]   Ba e z ,   “ Hy b rid   a d d e rs  fo r   h ig h - sp e e d   a rit h m e ti c   c ircu it s:   A  c o m p a riso n , ”   Pr o c e e d in g s  o f  7 t h   IE E E  In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   El e c trica l  E n g . ,   NM,   USA,   S e p .   2 0 1 0 .     [1 1 ]   Ve ste rb a c k a ,   “ A  1 4 - tran sisto r  C M OS   fu ll   a d d e r  wit h   f u ll   v o lt a g e sw in g   n o d e s,”   i n   Pro c e e d i n g s  IE EE   W o rk sh o p   o n   S ig n a l   Pro c e ss ,   Taiwa n ,   Oc t.   1 9 9 9 .     [1 2 ]   Zh a n g ,   “N o v e l   h y b ri d   p a ss   lo g ic  with   sta ti c   CM OS   o u tp u t  d riv e   f u ll - a d d e r  c e ll , ”   in   Pro c e d e e in g s   o f  In ter n a ti o n a l   S y mp o si u m Ci rc u it s ,   M a y   2 0 0 3 .     [1 3 ]   W a iry a ,   “ De sig n   a n a ly sis o f  XO R  (4 T)  b a se d   lo w v o lt a g e   CM OS  fu ll   a d d e r  c ircu it , ”   in   Pro c e e d in g s o f  IEE E  Nirma   Un iv ,   (NU iCONE),   De c .   2 0 1 1 .     [1 4 ]   G o e l,   “ No v e l  d e sig n   m e th o d o lo g y   f o r  h i g h - p e rfo rm a n c e   XO R - XN OR  c ircu it   d e sig n , ”   i n   Pro c e e d in g s  o f.   1 6 th   S y mp o si u m In teg r a ti o n   Circ u it s ,   S e p .   2 0 0 3 .     [1 5 ]   Wan g ,   “ Ne w  e fficie n t  d e sig n s  fo r  XO R  a n d   XN OR  fu n c ti o n s  o n   t h e   tran sisto r  le v e l, ”   IEE E  J o u rn a l  o f  S o li d   S ta t e   Circ u it s ,   v o l.   2 9 ,   Ju l .   1 9 9 4 .     [1 6 ]   P ra sh a n th ,   “ Arc h it e c tu re   o f  a d d e r s  b a se d   o n   s p e e d ,   a re a   a n d   p o we r   d issip a ti o n , ”   i n   Pro c e e d i n g s   o f   W o rld   Co n g re ss   In fo rm a t io n   Co mm u n ica ti o n   T e c h n o l o g y ,   De c .   2 0 1 1 .     [1 7 ]   B.   Ha rish ,   K.  S i v a n i  a n d   M .   S .   S .   Ru k m in i,   “ De sig n   a n d   p e rfo r m a n c e   c o m p a riso n   a m o n g   v a rio u s  t y p e s  o f  a d d e r   to p o l o g ies , ”   2 0 1 9   3 rd   In ter n a ti o n a l  Co n fer e n c e   o n   Co mp u ti n g   M e th o d o l o g ies   a n d   C o mm u n ic a ti o n   (ICCM C) ,  Ero d e ,   I n d ia,  2 0 1 9 ,   p p .   7 2 5 - 7 3 0 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /ICCM C. 2 0 1 9 . 8 8 1 9 7 7 9 .   [1 8 ]   B.   Ha rish ,   K.  S iv a n i  a n d   M .   S .   S .   Ru k m in i ,   “ De sig n   o f  h ig h   s p e e d   e fficie n t  p a ra ll e l  p re fix   b r e n t - k u n g   a d d e r   a rc h it e c tu re , ”   J o u rn a l  o f  Gr e e n   E n g i n e e rin g ,  v o l.   1 0 ,   n o .   7 ,   p p .   3 5 0 8 - 3 5 1 9 ,   Ju l .   2 0 2 0 .     [1 9 ]   B. Ha rish ,   K.  S iv a n i   a n d   M .   S .   S .   Ru k m i n i,   “ Im p lem e n tati o n   o f  fr e q u e n c y   e fficie n t  m u lt i p lex e r  b a se d   CORD IC  o n   F P G A, ”   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f   Ad v a n c e d   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y ,   v o l .   2 9 ,   n o .   0 5 ,   p p .   7 5 3 - 7 6 2 ,   A p r .   2 0 2 0 .     [2 0 ]   B.   Ha rish ,   K.  S iv a n i  a n d   M .   S .   S .   Ru k m in i ,   “ P e rfo rm a n c e   c o m p a riso n   o f  v a ri o u s  C M OS  fu ll   a d d e rs, ”   2 0 1 7   In ter n a t io n a l  Co n fer e n c e   o n   E n e rg y ,   Co mm u n ica t io n ,   Da t a   An a lytics   a n d   S o ft   Co m p u t in g   (ICE CDS ) ,   Ch e n n a i,   2 0 1 7 ,   p p .   3 7 8 9 - 3 7 9 2 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /ICE CDS. 2 0 1 7 . 8 3 9 0 1 7 2 .   [2 1 ]   P .   Ba jp a i,   P .   M it tal,   A.   Ra n a   a n d   B.   An e ja,  “ P e rfo rm a n c e   a n a ly sis   o f  a   l o w  p o we r  h ig h   sp e e d   fu ll   a d d e r, ”   i n   2 0 1 7   2 n d   I n ter n a ti o n a l   C o n fer e n c e   o n   T e lec o mm u n ica t io n   a n d   Ne two rk s  (T EL - NE T ) ,   No i d a ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 - 5 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 / TE L - NET. 2 0 1 7 . 8 3 4 3 5 4 3 .   [2 2 ]   V.  Ag a ra wa l,   R.   S h ri v a sta v a   a n d   S .   Ak a sh e ,   “ P e rf o rm a n c e   a n d   a n a ly sis  o f  1 0 T  F u ll   A d d e r  u s in g   M TCM O S   tec h n iq u e , ”   in   2 0 1 5   In ter n a ti o n a l  Co n fer e n c e   o n   Co mm u n ica ti o n   N e two rk s  (ICCN) ,   G wa li o r ,   2 0 1 5 ,   p p .   2 9 0 - 2 9 5 ,  d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /ICCN. 2 0 1 5 . 5 6 .     [2 3 ]   S .   S .   P u r o h i t,   S .   R.   C h a lam a las e tt i,   M .   M a rg a la  a n d   W.   A.  Va n d e rb a u w h e d e ,   “ De sig n   a n d   e v a lu a ti o n   o f   h i g h - p e rfo rm a n c e   p r o c e ss in g   e lem e n ts  fo r   re c o n fi g u ra b le  sy ste m s , ”   in   IEE E   T r a n sa c ti o n s   o n   Ver y   L a rg e   S c a le   In teg ra t io n   (VL S I)  S y ste ms ,   v o l.   2 1 ,   n o .   1 0 ,   p p .   1 9 1 5 - 1 9 2 7 ,   Oc t.   2 0 1 3 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 / TVLS I. 2 0 1 2 . 2 2 2 0 8 6 8 .     [2 4 ]   R.   G u p ta,  S a ty a   P ra k a sh   P a n d e y   a n d   S .   A k a sh e ,   “ Co m p a ra ti v e   a n a ly sis  a n d   o p t imiz a ti o n   o f   a c ti v e   p o we r  a n d   d e lay   o f  1 - b it   f u ll   a d d e r  a t  4 5   n m   t e c h n o l o g y , ”   2 0 1 3   S t u d e n ts  Co n fer e n c e   o n   En g in e e rin g   a n d   S y ste ms   (S CES ) ,  Allah a b a d ,   2 0 1 3 ,   p p .   1 - 5 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /S C ES . 2 0 1 3 . 6 5 4 7 5 5 6 .   [2 5 ]   M .   Ya d a v ,   A.   G u p ta  a n d   S .   Ra i,   “ A  stu d y   a n d   c o m p a ra ti v e   a n a ly sis   o f   lo w   p o we r  h y b ri d - CM OS   1 - b i t  fu l l  a d d e rs  in   d e e p - su b m icro n   tec h n o lo g y , ”   in   2 0 1 7   4 t h   In ter n a ti o n a l  Co n fer e n c e   o n   Po we r,  Co n tr o l  &   Emb e d d e d   S y ste ms   (ICPCE S ) ,   Al lah a b a d ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 - 7 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /IC P CES . 2 0 1 7 . 8 1 1 7 6 1 8 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Reco n f ig u r a b le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4 8 6 4       Ultr a   h ig h   s p ee d   fu ll a d d er fo r   b io med ica l   a p p lica tio n s   ( B a s a vo ju   Ha r is h )   31   B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Ba sa v o ju   Ha rish   re c e iv e d   t h e   B. Tec h   d e g re e   fr o m   Ka k a ti y a   Un i v e rsity ,   In d ia  i n   2 0 0 6   a n d   M . Tec h   d e g re e   i n   VLS I  De sig n   f ro m   An u ra g   En g in e e rin g   Co ll e g e ,   In d ia.  He   is  wo rk i n g   a s   As sista n t  P ro fe ss o r   a t  Vi g n a n ’s   Lara   In stit u te  o f   Tec h n o l o g y   &   S c ien c e ,   In d ia   a n d   p u rsu i n g   h is  P h . D   a t  Vi g n a n ’s   F o u n d a ti o n   fo r   S c ien c e ,   Tec h n o lo g y   &   Re s e a rc h   Un iv e rsit y ,   G u n tu r,   In d ia.  His  c u rre n t  re se a rc h   in ter e st  in c lu d e s  F a st  Ad d e r  Arc h it e c tu re s  fo r  Dig i tal  S ig n a l   P ro c e ss o rs.         Dr.  M . S . S . Ru k m in i   re c e iv e d   B. E   in   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n s  a n d   M . E  i n   Ap p li e d   El e c tro n ics   u n d e r  th e   a ffil iati o n   o f  M a d ra s  Un iv e rsit y .   S h e   a lso   re c e iv e d   P h . D  d e g re e   i n   El e c tro n ics   S c ien c e   wit h   De p a r tme n t  o f  C o m p u ter  sc ien c e   fr o m   Be rh a m p u r  Un i v e rsity ,   Oriss a ,   In d ia.  He r  re se a rc h   in ter e sts  in c lu d e   wire les s  Co m m u n ica ti o n s,  Emb e d d e d   S y ste m s   a n d   I n tern e t  o f  T h in g s  . S h e   is   n o w  wo rk i n g   a s  P ro fe ss o r   in   th e   d e p a rtme n t  o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e ri n g   fr o m   Vig n a n ’s  F o u n d a ti o n   f o r  S c ien c e ,   Tec h n o l o g y   &  Re se a rc h   Un iv e rsity ,   A n d h ra   P ra d e sh ,   I n d ia.          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.