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.   7 ,   No .   1 Mar ch   2 0 1 8 ,   p p .   1 ~1 1   I SS N:  2 089 - 4 864 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j r es . v7 . i1 . p p 1 - 11          1       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 /in d ex   BI ST Archi tect u r e using  Area E ff ic ient  Lo w  Current L FSR  f o E m be dded Me m o ry  Testing  Appl ic a tions       M.   P a rv a t hi,  N. Va s a ntha ,   K .   Sa t y a   P r a s a d   ECE   De p t,   B V RIT ,   Hy d e ra b a d ,   Tela n g a n a ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   2 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Feb   7 ,   2 0 1 8       O n e   o f   th e   im p o rtan b lo c k   o f   BIS T   c o n tro ll e is  L F S R   a n d   th e   sp e e d   w it h   w h ich   BIS o p e ra tes   d e p e n d o n   L F S s y ste m s   d e sig n .   T h e re   a r e   m e th o d in   im p le m e n ti n g   L F S u sin g   f ield   p ro g ra m m a b le  g a te  a rra y ( F P GA s)  o r   d ig it a sig n a p ro c e ss o rs  (DS P s ).   BIS T   c o n tro ll e sy ste m   sp e e d   is  th e n   li m it e d   to   F P G A a n d   DS P s,  w h ich   m a y   in f lu e n c e   o th e p a ra m e te rs  su c h   a s   o v e ra ll   a re a ,   m a x i m u m   c u rre n t,   li m it   a n d   p o w e d issip a ti o n .   T h is  p a p e r   p ro p o se a   tec h n iq u e   to   a c h iev e   a n   e ff i c ien BIS T   c o n tro ll e b y   r e d e sig n in g   L F S u sin g   G DI  b a se d   f li p - f lo p th a re su lt e d   w it h   lo w   a r e a   a n d   lo w   c u rre n c a p a b il it ies .   T h is  p a p e p re se n ts  t h re e   d if f e re n tec h n iq u e f o r   im p le m e n ti n g   f li p - f lo p f o a n   e ff icie n L F S so   th a th e   lay o u a re a   w il b e   m in i m ize d   a w e ll   a s th e   m a x i m u m   c u rre n d ra w n   w il b e   lo w e r.   K ey w o r d s :   Fli p   Flo p   GDI   L F SR   L o w   la y o u t a r ea   an d   cu r r en t     Co p y rig h ©   2 0 1 8   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 :   M. P ar v ath i,   E C E   Dep t,  B VR I T ,   Hy d er ab ad ,   T elan g an a,   I n d ia .   E m ail:  p ar v at h i. m @ b v r it h y d e r ab ad . ed u . in       1.   I NT RO D UCT I O N   Si m i lar   to   s h i f r eg is ter ,   L i n ea r   Feed b ac k   S h i f R e g is ter   ( L FS R )   s h i f ts   th e   s i g n al  f r o m   o n b it  to   n ex t   b it  w h e n   ap p lied   w i th   t h clo c k .   B ased   o n   s ee d   in p u b its ,   s o m e   o f   th e   o u tp u ts   f r o m   t h r e g is ter   ar co m b i n ed   t h r o u g h   t h E x - O R   g ate  co n f i g u r atio n   a n d   f u r th er   f ee d b ac k   m ec h a n i s m   w ill b e   f o r m ed   to   p r o v id th at  a s   i n p u to   L FS R .   A lt h o u g h   m u ch   w o r k   h as   alr ea d y   ca r r ied   o u b y   d if f er e n tec h n iq u e s ,   it  i s   s till   a   ch alle n g i n g   w o r k   f o r   cir cu it  d esig n er   to   d esi g n   an   o p ti m ize d   an d   r eliab le  cir cu it.  Ma n y   o f   t h tec h n iq u es   ar f o cu s s ed   o n   m i n i m izi n g   t h p o w er   d is s ip atio n   at  d if f er en t   lev els  an d   ar cir cu it,  ar ch it ec tu r e,   la y o u t,  an d   p r o ce s s   tech n o lo g y   le v el.   So m   r esear ch er s   ar clai m ed   th at  r ea s o n ab le  a m o u n o f   p o w er   s a v i n g   ca n   b e   attain ed   at   t h cir cu it  d esi g n   lev el   b y   p r o p er l y   c h o o s in g   lo g ic   s t y le   f o r   i m p le m en t in g   co m b i n atio n a   cir cu its   [ 1 ] .   T h s a m e   w as  o b s er v ed   w h ile   i m p le m e n ti n g   v ar io u s   f l ip - f lo p   cir cu it s   u s i n g   C M OS  tr a n s i s to r s   w it h   v o ltag a n d   g ate  s ize  s c alin g   tech n iq u t h at  r ed u ce s   p o w er   d is s ip atio n   w it h o u d is to r tin g   t h n o r m a l   f u n ctio n   o f   t h b asic f l ip - f lo p s   [ 2 ] .   L F SR   u s es  f lip - f lo p s ,   w h ich   a r to   b co n n ec ted   i n   s er ies  al o n g   w i th   f ee d b ac k   cir cu it  c o n s tr u cte d   ac co r d in g   to   g e n er ato r   p o ly n o m ial.   I n i tiall y   th p r i m ar y   s ee d   is   to   b lo ad ed   in   th o u t p u ts   o f   t h f l ip - f lo p s ,   an d   th e n   u s i n g   an   e x ter n al  c lo ck   r an d o m   s eq u e n ce   w ill   b g en er ated .   E ac h   clo c k   p u ls ca n   p r o d u ce   a   u n iq u p atter n   at  t h o u tp u o f   th f lip - f lo p s   ag ai n s to   t h te s in p u t.  T h n u m b er   o f   f lip - f l o p s   in   g e n er al  w ill  b ch o s en   ac co r d in g   to   th n u m b er   o f   in p u ts   r eq u ir ed   b y   th cir c u it  u n d er   test .   E ac h   in p u co m b i n atio n   b ec o m e s   test   p atter n   t h at  ca n   r u n   o n   th cir c u it  u n d er   test   f o r   d esire d   f au lt  co v er a g e.   I f   ea ch   in p u v ec to r   is   u n iq u a n d   n o   co r r elatio n   b etw ee n   t h s u cc es s iv v ec to r s   t h en   th ap p lied   s ti m u li  f o r   cir cu it  u n d er   test   ca n   r esu lt i n   m u c h   h i g h er   p o w er   co n s u m p tio n   b y   th d e v ice  th a n   th b u d g eted   p o w er .   I is   o b s er v ed   th at,   th er ar e   m a n y   i n n o v ati v id ea s   an d   s o lu tio n s   ar p u f o r th   f o r   th p o w er   o p tim izatio n   b y   m an y   r esea r ch er s   s u c h   as  r e v er s b o d y   b ias,  tr an s i s to r   s tac k in g ,   a n d   L F SR   d es ig n   w it h   p ar allel  ar ch itectu r e,   p ip elin i n g   an d   r eti m in g   al g o r ith m s   a n d   r ev er s ib le  lo g ic.   T h B I ST  co n tr o ller   co n s is ts   o f   test   p atter n   g en er ato r ,   w h i ch   ca n   b s tan d ar d   lin ea r   f ee d b ac k   r e g is ter ,   co u n ter ,   o r   ce llu lar   au to m ata.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1     11   2   A i m i n g   at  p o w er   an d   h ar d w a r r ed u ctio n   test   p atter n   g en er ato r   F C - L FS R   [ 3 , 4 ]   is   d esi g n ed   th a g e n er ate s   in ter m ed iate  p atter n s   b et w ee n   th r an d o m   p atter n s .   A   n e w   p atter n   g e n er atio n   tec h n iq u is   i m p le m e n ted   f o r   lo w   p o w er   u s i n g   m o d i f ied   co n v e n tio n al   L F SR ,   i n   w h ic h   s h i f r eg i s ter s   m a y   b i m p le m en ted   b y   u s i n g   p u ls ed   latch e s   an d   f lip - f lo p s .   Ho w ev er ,   s h i f t   r eg is ter   i m p le m en ted   b y   p u l s ed   latch es  h a v p o w er   a n d   a r ea   p r o b lem s   . So ,   f lip   f lo p s   ar p r ef er r ed   o v er   p u ls ed   latch e s   [ 5 ] .     As  an   in h er e n b eh a v io u r   o f   f lip - f lo p s ,   t h eir   o u tp u at   an y   in s tan t   o f   t i m e   d ep en d s   o n   t h p r esen in p u t   as  w ell  a s   o n   p ast  o u tp u t,  h e n ce   t h e y   ar k n o w n   as   m e m o r y   ele m e n ts .   NOT ,   OR ,   AND,   NOR,   N A ND,   C MO latc h es  ar u s ed   to   b u ild   th ese  m e m o r y   ele m e n ts .   Var iet y   o f   ap p licat io n s   ca n   b s ee n   b y   f l ip - f lo p s ,   f o r   ex a m p le,   J f lip - f lo p   is   u s ed   i n   s eq u e n tial  c ir cu it s   as  d ata  p r o ce s s o r .   Sin ce   m aj o r it y   o f   th ap p licatio n s   o p er ate  o n   th b atter y   p o w er   d is s ip atio n   b ec o m e s   t h m aj o r   co n s tr ain ts   [ 6 , 7 ] .   R ec en t l y   r ep o r ted   lo g ic  s t y le   b ased   o n   f lip - f lo p s   [ 8 ]   clai m e d   th at   th e   co m p le m e n tar y   p as s - tr a n s i s to r   lo g ic  ( C P L )   to   b m u ch   m o r p o w er - e f f icien th a n   co m p l e m en tar y   C MO S.  Ho w e v er ,   th p er f o r m a n ce   i n   ter m s   o f   s p ee d ,   ar ea ,   p o w er   d is s ip atio n ,   a n d   p o w er - d ela y   p r o d u c ts   o f   e f f icie n C MO S   cir cu it  r ea lizatio n s   u s i n g   v ar iet y   o f   d i f f er en t   lo g i ce lls   [ 9 - 1 7 ]   d e m o n s tr ate   t h at   th e   C MO i s   s u p er io r   to   C P L .   Ho w e v er ,   t h er is   al w a y s   d e m a n d   f o r   n e w   tech n iq u e s   w it h   r esp ec to   lo w   p o w er   o r   lo w   ar ea   co n s id er atio n s ,   in   t h i s   p ap er   J f lip - fl o p   i s   r ed esi g n ed   u s i n g   v ar io u s   lo g ic   s t y les   s u ch   as  p ass   tr an s is to r s ,   an d   tr a n s m is s io n   g ates   w h ich   i s   d is cu s s ed   i n   s ec t io n   I I .   Ob s er v ed   th a t h i m p le m en ta tio n   o f     J f lip - f lo p   u s in g   co m p le m en tar y   C MO h as  a   p o w er - d ela y   p r o d u ct  less   t h a n   h alf   t h at  o f   th C P L   v er s io n .   Fu r th er   J f lip - f lo p   is   i m p le m en ted   u s i n g   GDI   lo g ic  an d   o b s er v ed   m u c h   g r ea ter   i m p r o v e m e n i n   t h p er f o r m a n ce .   L o w   v o lta g e,   lo w   a r ea ,   an d   s m all  d ela y   ar o f   co n ce r n ,   t h is   p ap er   s h o w s   t h at  GDI   b ased   J is   t h l o g ic  s t y le  o f   ch o ice  f o r   f u r th er   i m p le m en tatio n s   o f   FF   an d   L FS R   as  d is cu s s ed   i n   s ec tio n   I I I .   R esu lt s   an d   co m p ar is o n s   ar d is cu s s ed   in   s ec t i o n   I V.   C o n clu s io n s   ar in   s ec tio n   V.       2.   RE S E ARCH   M E T H O D:   RE DE SI G O F   J K   F L I P F L O P   USI N G   CM O S L O G I C   Si m i lar   to   R - f l ip - f lo p ,   J o u tp u t s   f o llo w   th i n p u t s   w h e n   th C lk   i s   o n .   I f   J   an d   ar e   d if f er en t   th en   th e   o u tp u ta k es  th v a lu o f   J   at  th n e x clo ck   ed g e .   I f   J   an d   ar b o th   lo w   th e n   n o   ch a n g o cc u r s .   T o g g le  s tate  o cc u r s   w h en   J   an d   ar b o th   g iv en   h i g h   s tate .   T h is   eli m i n ates t h a m b i g u o u s   s tates r es u lted   i n   R f lip - f lo p .   F u r th er ,   t h is   to g g le   co n d itio n   f i n d s   m a n y   a p p licatio n s   i n   b in ar y   co u n ter s   an d   i n   f r eq u en c y   d iv is io n   th at  f o u n d   i n   p r escalar s .   On ca n   o b s er v p r o b lem   w it h   t h b asic  J - Fl ip - f lo p   is   th at  s p i k es  ca n   ap p ea r   o n   th o u tp u a n d   d u e   to   th ese  u n s tab le  s ta te  r esu lt s   w h e n   b o th   J   &   in p u ts   ar tied   to   lo g ic  0 .   la tch   c ir cu it   o f   ca n   b u s e d   to   av o id   t h is   s p ik e   h e n ce   o u t p u ts   Q   a n d   Q‟   ar i s o lated   f r o m   t h in p u ts   J   &   as  s h o w n   in   Fi g u r 3 .   C ir c u i an d   co r r esp o n d in g   tr u t h   ta b le  o f   J - f l ip - f lo p   ar s h o w n   i n   F i g u r 1   an d   T ab le  1 .           Fig u r e   1 .   Sch e m atic  o f   J f lip - f lo p       T ab le   1 .   T r u th   T a b le  o f   J Flip - f lo p   J   K   C L K   Q   0   0     Q ( N o   C h a n g e )   1   0     1   0   1     0   1   1     Q B ( T o g g l e s)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864         B I S T   A r ch itectu r u s in g   A r ea   E fficien t Lo w   C u r r en LFS R   fo r   E mb e d d ed   Memo r Tes tin g   ( M.P a r va th i )   3   T h p r o p o u n d ed   C MO b ased   J s ch e m atic  cir c u it  is   s h o w n   in   Fi g u r e   2   is   d esig n ed   b y   u s i n g   s tr o n g   1   ( p u ll  u p )   an d   s tr o n g   0   ( p u ll  d o w n )   tr an s i s to r s   n a m el y   p MO an d   n MO tr an s i s to r s .   I u s e s   2 0   tr an s is to r s ,   o u o f   th e m   1 0   ar n MO tr an s i s to r s   an d   1 0   ar e   p MO t r a n s i s to r s .   T h ef f o r ts   ar d o n to   g iv th co m m o n   VDD  s u p p l y   to   r ed u ce   th p o w er .   C o r r esp o n d in g   ti m i n g   d ia g r a m ,   is   s h o w n   i n   Fi g u r e s   3 - 5   r esp ec tiv el y         Fig u r e   2 .   Sch e m atic  o f   C MO S   b ased   J f lip - f lo p           Fig u r 3 .   T r an s ien w a v e f o r m   o f   C MO S b ased   J           Fig u r e   4 .   Mic r o w in d   b ased   s i m u lated   w a v e f o r m   f o r   J f lip - f lo p   u s i n g   C MO S lo g ic   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1     11   4   2 . 1 .   J K   f lip f lo p us ing   G D I   ( G a t diff us io n in pu t )   lo g ic   GDI   m et h o d o lo g y   allo w s   i m p l e m en tatio n   o f   w id r an g o f   co m p le x   lo g ic  f u n ctio n s   u s in g   o n l y   t w o   tr an s i s to r s .   C o m p ar ed   to   tr ad i tio n al  C MO lo g ic,   an d   ex i s t in g   P T L   th co m b in a to r ial  an d   s eq u en tial  lo g ic   d esig n ed   b y   G DI   r esu lted   i n   s i g n i f ica n t r ed u ctio n   in   ar ea   an d   p o w er   d is s ip atio n .   T h m ai n   d r a w b ac k s   a s s o cia ted   w i th   GDI   i n cl u d e:  T h b u lk   ter m i n al s   ar n o p r o p e r l y   b iased   th er eb y   th cir c u it  ex h ib it s   t h r es h o ld   d r o p   an d   v ar iatio n   in   Vt.   B ec au s o f   f lo ati n g   b u l k ,   th ce ll s   ca n   b e   i m p le m en ted   i n   SOI   p r o ce s s ,   w h ic h   w o u ld   in cr ea s e   th e   co s o f   t h f ab r icatio n .   T h es d e m er its   ca n   b o v er co m b y   p er m a n en tl y   co n n ec ti n g   t h b u lk   ter m in al s   P M OS  to   V DD  a n d   N M OS  to   G ND  w h ic h   r eso l v es   th t h r esh o ld   v ar iatio n .   T h is   c o n f i g u r atio n   p r o v id es  s u itab il i t y   f o r   f ab r icatin g   t h lo g ic  ce l ls   in   C MO p - w el an d   n - w ell  p r o ce s s .   E v e n   to d ay   s o m I C   f ab r icato r s   u s e s   C MO as  th eir   c h o ice  d u to   its   ea s i n e s s   i n   ac h iev in g   r eq u ir ed   tr an s i s to r   s izin g   u s in f   n ec e s s ar y   v o lta g s ca lin g   i n   o r d er   to   im p r o v th r eliab ilit y   at  lo w   v o ltag e s .   On o f   th d r a w b ac k s   o f     C MO is   u s o f   lar g P MO tr an s is to r s   t h at    r esu lts     in   h ig h   in p u lo ad s   at  h ig h   o p er atin g   f r eq u en c y   w h ic h   in   t u r n   in cr ea s es  th ci r cu it  p o w er   d is s ip atio n .   T h p r o p ag atio n   d elay   is   s lig h tl y   h ig h er   w h e n   co m p ar ed   to   o th er   lo g ic  f a m il y   d u to   its   lar g er   n o d ca p ac itan ce s .   Sch e m atic  o f   GD I   b ased   J FF ,   co r r e s p o n d in g   ti m i n g   d ia g r a m ,   a n d   s i m u lat io n   o n   la y o u t a r s h o w n   in   F ig u r e s   6 - 8.               Fig u r 6 .   Sch e m atic  o f   GDI   b ased   J FF         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864         B I S T   A r ch itectu r u s in g   A r ea   E fficien t Lo w   C u r r en LFS R   fo r   E mb e d d ed   Memo r Tes tin g   ( M.P a r va th i )   5       Fig u r e   7 .   T r an s ien w a v e f o r m   f o r   GDI   b ased   J K           Fig u r 8 .   Si m u latio n   r esu l ts   f o r   GDI   b ased   J K       2 . 2 J K   f lip f lo p us ing   pa s s   t r a ns is t o lo g ic  ( P T L )   I n   C M OS  lo g ic  t h tr a n s i s to r s   ar co n n ec ted   d ir ec tl y   to   p o w er   s u p p l y   h e n ce   t h ac tiv e   d ev ices   ar e   m o r e   th a ca u s es   t h co n t in u o u s   lea k a g c u r r en f lo w   w it h in   t h cir c u it.  I n   co n tr as t o   th is ,   in   P T L   th e   tr an s i s to r s   ar u s ed   a s   s w i tch es  to   p ass   la g o ic  le v el s   b et w e en   n o d es  o f   cir cu it  s u c h   t h a n u m b er   o f   ac ti v e   d ev ices  ar r ed u ce d .   Sin ce   th lo g ic  co m p r is e s   w ith   tr a n s is to r s   as  s w i tch e s   P T L   n ee d s   less er   n u m b er   o f   tr an s i s to r s   co m p ar to   t h d es ig n   u s i n g   C MO S,  w h ich   r esu l ts   i n   lo w   p o w er   d is s ip atio n ,   l ess   ar ea ,   les s   d ela y   an d   also   les s   in ter co n n ec e f f ec ts .   T h d r a w b ac k   s ee n   i n   P T L   is   th d i f f er e n ce   o f   t h v o ltag b et w ee n   h i g h   an d   lo w   lo g ic  le v el s   d ec r ea s e s   at  ea c h   s ta g e.   T h is   i s   b ec a u s t h tr a n s i s to r   in   s er ies   is   l ess   s atu r ated   a it s   o u tp u t h an   a its   i n p u t,  th i s   e f f ec is   m o r p r o n o u n ce d   w h e n   s e v er al  d ev ice s   ar ch ai n ed   in   s er ie s   in   lo g ic   p ath .   Hen ce   co n v e n tio n al  g a te  m a y   b r eq u ir ed   to   r esto r th s i g n al  v o ltag to   t h f u ll  v a lu e.   I n s p ite  o f   t h i s ,   PT L   ( P ass   T r an s is to r   L o g ic)   i s   m o s p o p u lar   f o r   lo w   p o w er   d ig ital  c ir cu it s .   So m o f   th m ai n   ad v a n ta g es  o f   PT L   o v er   s tan d ar d   C MO d esig n   ar h ig h   s p ee d ,   d u to   th s m all  n o d ca p ac itan c es  an d   lo w   p o w er   d is s ip atio n   b ec au s e   o f   th e   r e d u ce d   n u m b er   o f   tr a n s i s to r s .   A n   ad d ed   ad v an ta g i s   lo wer   in ter co n n ec tio n   ef f ec ts   d u to   s m all  ar ea .   T h P ass   T r an s is to r   L o g ic   ( P T L )   cir cu it  o f f er s   b etter   c h ar ac ter is tics   th a n   s tatic   C M OS.   P T L   ca n   i m p le m en t   m o s f u n ctio n s   w i t h   f e w er   tr an s is to r   co u n ts ,   th u s   r ed u cin g   t h o v er al ca p ac it an ce ,   w h ich   r e s u l ts   in   f aster   s w itc h in g   ti m e s   an d   l o w   p o w er   d is s ip atio n .   T h g e n er al  is s u p er tai n i n g   to   t h is   P T L   lo g ic  is   v o ltag e   v ar iatio n   d u to   th r es h o ld   d r o p   o w i n g   to   s er ies  r esi s ta n ce   b et w ee n   i n p u a n d   o u tp u t.  T h ese  d e m er it s   w er s u r m o u n ted   u s i n g   C o m p le m e n tar y   P ass - T r an s is to r   L o g ic  ( C P L )   an d   S w i n g   R e s to r ed   P a s s - T r an s is to r   L o g ic   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1     11   6   ( SR P L ) .   Ho w e v er   th i s   lo g ic  p r o d u ce d   lar g er   s h o r cir cu it  cu r r en ts ,   h ig h   tr an s is to r   co u n t   to   r ea lize  s im p le   g ate  a n d   h ig h   w ir in g   o v er h ea d   d u to   t h d u al - r ail  s ig n al s .   T w o   i n p u t a n d   th r ee   in p u t N AN in   P T L   lo g ic  ar s h o w n   in   F i g u r e s   9   an d   1 0   r esp ec tiv el y .   J F L ip f lo p   u s i n g   PT L   lo g ic  is   s h o w n   in   F ig u r e   11.           Fig u r e   9 .   C r itical  p ath   f o r   PT L   u s i n g   t w o   i n p u n a n d   g ate           Fig u r 1 0 .   Sch e m at ic  o f   P T L   u s i n g   th r ee   i n p u n an d   g a te           Fig u r 1 1 .   Sch e m at ic  o f   J f li p - f lo p   u s in g   P T L   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864         B I S T   A r ch itectu r u s in g   A r ea   E fficien t Lo w   C u r r en LFS R   fo r   E mb e d d ed   Memo r Tes tin g   ( M.P a r va th i )   7       Fig u r e   1 2 .   DSC b ased   s i m u l ated   w av e f o r m   f o r   J f lip - f lo p   u s in g   P T L           Fig u r 13.   MI C R OW I ND  b ased   s i m u lated   w av e f o r m   f o r   J f lip - f lo p   u s in g   P T L       T h d is ad v an ta g es   o f   P T L   l o g ic  d esi g n   ar O u tp u t   ch ar g es  o n l y   u p   to   VDD  -   VT as  s ee n   in   Fig u r 13,   th er ef o r ca s ca d d esig n s   f u r th er   d eg r ad es  t h p er f o r m a n ce .   T h t h r esh o ld   v o ltag d r o p   ac r o s s   th s in g le  c h a n n el   p ass   tr an s i s to r   p r o d u ce s   lo w   d r iv c u r r en t h at  ca u s e s   s lo w   o p er atio n   at  r ed u ce d   p o w er   s u p p l y .   He n ce ,   t h h ig h   lo g ic  lev el  at  t h r eg e n er ati v e   i n v er t er   is   n o f u ll  VDD,   w h ic h   ca u s e s   p MO d ev ice   in   t h i n v er ter   to   s w i tch   p ar tia ll y   O FF   w h ic h   i n t u r n   lead s   to   s i g n i f ica n s tatic  p o w er   d is s i p atio n   d u to   d i r ec t   p ath   b et w ee n   s u p p l y   r ails .       T ab le  2 .   C o m p ar is o n   f o r   J f l ip   f lo p   d esig n   p er f o r m an ce   L o g i u s ed   f o r   J FF   C P D, n s   P D, d y n , μ W   P D, s tat,   μ W   P D, to t,  μ W   I D m ax , m A   A r ea , u m 2   C MO S   6 . 0 8   2 1 . 1 2 8   9 . 7 7 8   3 0 . 9 0 6   2 . 6 6 0   4 2 8 . 4   GDI   4 . 5 7 0   1 4 . 5 3   1 3 . 0 0 6   2 7 . 5 3 6   0 . 0 6 1   4 1 4 . 5   PT L   1 . 3 8 5   7 2 . 6 0 2   7 3 . 2 7 9   1 4 5 . 8 8 1   0 . 9 5 7   3 6 0 . 1       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1     11   8   Fro m   T ab le  2   o n ca n   o b s er v th a C MO h a s   lo w er   C r i tical  P ath   Dela y   co m p ar ed   to   o th er   t w o   f o llo w ed   b y   P T L   th en   G DI .   T h is   is   b ec au s e,   t h o u tp u to   in p u d ela y   p ath   h as  i n v er ter   in   t h ca s o f   GDI ,   o n MO tr a n s i s to r   in   th e   c ase  o f   P T L .   Ho w e v er ,   i n   t h ca s o f   C MO S   d esi g n   n o   d ev ice  ap p ea r s   in   th c r itical   d ela y   p at h ,   h en ce   less   d ela y   r es u lt s .   C MO e x h ib it s   m ed iu m   P o w er   d is s ip atio n ,   P T L   ex h ib it s   m o r p o w er   d is s ip atio n   t h a n   o th er   t w o ,   w h er ea s   GDI   r esu lt s   i n   less   p o w er   d is s ip ati o n .   PT L   h as  f e tr an s i s to r s   co m p ar to   C M OS  an d   GDI   h e n ce   e x h ib its   le s s   a r e o cc u p atio n .   C o m p ar to   P T L   an d   C MO les s   cu r r en r eq u ir e m e n r es u lt s   i n   GDI .   Hen ce ,   f o r   le s s   p o w er   d is s ip atio n   a n d   le s s   c u r r en t   r eq u ir e m e n ts   o n ca n   ch o o s GDI   lo g ic.   Fo r   less   ar e r eq u ir e m en t,  o n ca n   ch o o s e   PT L .       3.   E F F I CI E N T   L O C URR E NT   L F S R   A   co n v e n tio n al  L F SR   s h o w n   in   F ig u r 1 4   co n s is t s   o f   F li p f lo p   ( d at o r   d elay   f l ip f lo p )   w h er is   s i n g le   d ata  i n p u t   i n   ad d itio n   to   t h e   clo ck   in p u t.  I t s   a   m o d if ied   cir cu it   o f   clo ck ed   R f lip f lo p   u s in g   NO R   g ates.  T h i n p u g o es   d ir ec tl y   to   in p u an d   i ts   co m p le m en t h r o u g h   NOT   g ate,   is   ap p l ied   to   th R   in p u t.   T h in p u v alu e   r ea ch e s   th e   o u tp u o n l y   w h e n   i n p u clo c k   ch a n g es.  I n itiall y   b o th   A N g ates   ar d is ab led   f o r   clo ck   lo w   s i g n a l,  h en ce   D   ca n   ch an g v al u es  b u w il n o ef f ec t.  W h en   th clo c k   is   h i g h ,   b o th   A N D   g ates  ar e n ab led   th e n   Q   is   f o r ce d   eq u al  to   D.   B u w h e n   th clo c k   ag a i n   g o es  lo w ,   r etain s   o r   s to r es   th p r ev io u s   v al u o f   D.   C o r r esp o n d in g   tr u t h   tab le  is   s h o w n   in   T ab le  3 .           Fig u r 1 4 .   C ir cu it f o r   f lip - f l o p   u s in g   b asic g ate s       T ab le  3 .   T r u th   T a b le   o f   Flip - f lo p   D   C L K   Q   0   0   0   0   1   0   1   0   0   1   1   1       T h er is   s p ec ial   t y p o f   s h i f r eg is ter   ca l led   lin ea r   f ee d b ac k   s h if t   r eg i s ter   ( L FS R ) .   T h n a m e   in d icate s   th at   s u ch   s h i f r e g is ter   h as   f ee d b ac k ,   w h ich   is   lin ea r   f u n ct io n   ( u s u all y   XO R )   o f   i ts   i n p u a n d   cu r r en s tate.   L FS R s   ar m o s tl y   u s ed   f o r   g en er atio n   o f   p s eu d o - r an d o m   s eq u en ce s   th at  f i n d   ap p licatio n   in   cr y p to g r ap h y ,   cir c u it  test in g   an d   d ig ital  co m m u n icatio n   a m o n g   o th er s .   T h f ee d b ac k   f u n ct io n   o f   L F SR   i s   u s u all y   r ep r esen te d   w it h   ch ar ac ter is tic  p o l y n o m ial.   W h e n   t h p o l y n o m ial  is   k n o w n ,   t h er ar t w o   w a y s   to   i m p le m en L FS R as  F ib o n ac c t y p L FS R   o r   as  Galo is   t y p L F SR .   A   4 - b it  Fib o n ac ci  t y p L F SR   i s   s h o w n   i n   Fig u r 1 5 .   T h v alu o f   th h ig h e s d eg r ee   in   th p o l y n o m ial  i n d ica tes  th s ize  o f   L F SR   ( f o u r   b its   i n   th i s   p ar ticu lar   ca s e) .   T o   c o n s tr u ct  Fib o n ac ci  t y p L F SR   f r o m   g iv e n   c h ar ac ter is tic  p o l y n o m ial  t h f lip - f lo p s   i n   th s h i f t   r eg i s ter   ar n u m b er ed   s eq u en tiall y   s tar tin g   f r o m   f lip - f lo p   t h at  i s   clo s e s to   th e   i n p u t.  T h o u tp u o f   ea ch   n u m b er ed   f lip - f lo p   ca n   t h en   b m ap p ed   to   ter m s   o f   th p o ly n o m ial  w it h   th co r r esp o n d in g   p o w er   ( as  it  is   s h o w n   i n   Fi g u r 1 ) .   T h ter m   1   ( ess en tiall y   X0   )   in   th p o ly n o m ial   is   m ap p ed   to   th d ata  in p u o f   th L F SR .   T h o u tp u t s   o f   th e   f lip - f lo p s   th a co r r esp o n d   to   th ter m s   w h ic h   ar p r ese n i n   t h c h ar ac ter is ti c   p o ly n o m ia l a r th e n   XOR - ed   t o g eth er   to   f o r m   t h f ee d b ac k   o f   L FS R .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864         B I S T   A r ch itectu r u s in g   A r ea   E fficien t Lo w   C u r r en LFS R   fo r   E mb e d d ed   Memo r Tes tin g   ( M.P a r va th i )   9       Fig u r 1 5 .   C ir cu it f o r   4 - b it c o n v e n tio n al  L FS R       Qu ite  o f ten   L F SR s   ar d esig n ed   as  p u r g en er ato r s   w it h o u d ata  in p u t.  I n   t h is   ca s in p u ( X0   )   is   o m itted   f r o m   t h f ee d b ac k   e q u atio n   ( ev e n   th o u g h   it  is   al w a y s   p r esen in   th c h ar ac ter is tic  p o ly n o m ial) .   Fo r   s u c h   co n f ig u r atio n   o f   th e   L F SR   th e   f ee d b ac k   i s   co m p let el y   d eter m in ed   b y   i ts   c u r r en t   s tate.   Si n ce   t h to ta l   n u m b er   o f   p o s s ib le  s tates  is   f i n ite  ( e. g .   4 - b it  L FS R   h a s   2   4   - 1 =1 5   p o s s ib le  s tates  ex cl u d in g   t h o n w it h   all  ze r o s )   an d   th o p er atio n   o f   th L FS R   is   d eter m in i s tic,   at   s o m p o in L F SR   w il g et  i n to   its   i n itial  s tat e     ( th s ee d )   an d   w ill  s tar to   r ep ea th s a m s eq u en ce   o f   s tate s   all  o v er   ag ain .   T h len g t h   o f   th is   c y cle  d ep en d s   o n   t h s elec ted   ch ar ac ter is tic   p o l y n o m ial.   Fo r   ex a m p le,   c h ar ac ter is tic   p o l y n o m ial   X4   X3   1   p r o d u ce s   m a x i m u m   s eq u e n ce   o f   all   1 5   s tates  ( e x clu d i n g   t h al ze r o s   s tate)   b e f o r en ter i n g   r ep ea c y cle.   C o r r esp o n d in g   s i m u latio n   d iag r a m   f o r   L FS R   is   s h o w n   in   F ig u r e   1 6 .   A n   ar ea   ef f icie n   lo w   cu r r e n L FS R   i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 7 ,   in   w h ic h   f l ip f lo p s   ar d esi g n ed   u s in g   GDI   lo g ic.   C o r r s p o n d i n g   s i m u latio n   r e s u l ts   ar e   s h o w n   in   F ig u r e   18.           Fig u r 1 6 .   Si m u latio n   r es u lt s   f o r   4 - b it c o n v en tio n al  L FS R           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   1 Ma r et   2 0 1 :   1     11   10       Fig u r e 1 7 .   C ir cu it  f o r   4 - b it a r ea   ef f ic ien t lo w   c u r r en L F SR           Fig u r e   1 8 .   Si m u latio n   r es u lt s   f o r   ar ea   ef f icien t lo w   c u r r en L FS R       T ab le   4 .   R e s u lts   a n d   C o m p ar i s o n s   f o r   L F SR   L o g i c   u se d   C P D ,   ns   P D ,   w   I D D ,   m A   A r e a , u m 2   C M O S -   L F S R   5 . 4 9   0 . 1 3 2 m   1 . 3 2 4   4 1 6   G D I   -   L F S R   1 1 . 4 3 0   0 . 1 7 5 m   0 . 1 5   7 9 . 1 9   %o f   I mp r o v e me n t   5 1 . 9   2 4 . 5 7   8 8 . 6 7   8 0 . 9 6       4.   RE SU L T S   A ND  AN AL Y SI S   T h o g h   P T L   is   f as ter   co m p ar to   o th er   t w o   lo g ic  d esi g n s   f r o m   T ab le  3 ,   it  is   in e f f icie n f o r   lo w   p o w er   ap p licatio n s .   Si n ce   th o v ed r a ll  p o w er   d is s ip atio n ,   c u r r en a n d   ar ea   r eq u ir ed   o b s er v ed   ar e   less   in   GDI   lo g ic,   it  is   ch o s en   f o r   t h e   d esig n   o f   p r o p o s ed   L FS R .   De s p ite   to   t h s m al i n cr e m e n t   in   p o w er   d is s ip atio n ,   th r esu l tin g   GDI   b ased   L FS R   is   o b s er v ed   w ith   co n s is ten b eh av io r   in   t h p er f o r m an ce   i n t e m s   o f   lo w   c u r r en t   o f   8 8 . 6 7 % a n d   less   ar ea   o f   8 0 . 9 6 % c o m p ar e d   w it h   tr ad itio n a l CMOS d esi g n .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.