3차원 루프 구조를 이용한 QCA 래치 설계

Design of QCA Latch Using Three Dimensional Loop Structure

양자점 셀룰라 오토마타(QCA: quantum-dot cellular automata)는 나노 규모의 크기와 낮은 전력 소비로 각광받고 있으며, CMOS 기술 규모의 한계를 극복할 수 있는 대체 기술로 떠오르고 있다. 다양한 QCA 회로들이 연구되고 있고, 그 중 카운터와 상태 제어에 필요한 래치는 순차 회로의 구성 요소로서 제안되어 왔다. 래치는 이전 상태를 유지하기 위한 피드백 구조의 형태를 가지고 있으며, 이를 QCA 상에서 구현하기 위해 4 클럭을 소모하는 사각형 형태의 루프 구조를 사용한다. 기존의 QCA 상에서 제안된 래치는 동일 평면상에서 제안되었으며, 피드백 구조를 구현하기 위해 많은 셀과 클럭이 소모되었다. 본 논문에서는 이러한 단점을 개선하기 위해서 다층 구조를 이용한 새로운 형태의 SR 래치와 D 래치를 제안한다. 제안한 3차원 루프 구조는 다층 구조 기반의 설계이며 총 3개의 층으로 구성한다. 각 층의 배선은 다른 층과 영향을 받지 않도록 인접한 배선 간 2 클럭 차이를 주어 설계한다. 설계된 래치 구조는 시뮬레이션을 수행하고 기존의 래치와 비교 및 분석한다.

Quantum-dot cellular automata(QCA) consists of nano-scale cells and demands very low power consumption so that it is one of the alternative technologies that can overcome the limits of scaling CMOS technologies. Various circuits on QCA have been researched until these days, a latch required for counter and state control has been proposed as a component of sequential logic circuits. A latch uses a feedback loop to maintain previous state. In QCA, a latch uses a square structure using 4 clocks for feedback loop. Previous latches have been proposed using many cells and clocks in coplanar. In this paper, in order to eliminate these defects, we propose a SR and D latch using multilayer structure on QCA. Proposed three dimensional loop structure is based on multilayer and consists of 3 layers. Each layer has 2 clock differences between layers in order to reduce interference. The proposed latches are analyzed and compared to previous designs.