基于GDI技术的10管低功耗可逆全加器架构及其在图像处理中的应用

《Scientific Reports》：A small-area and power-efficient reversible full adder based on a two-transistor multiplexer applicable in image addition

　　

摘要

本研究提出了一种创新的10管可逆全加器（FA）架构，该架构具有两个垃圾输出（GO）且无需常数输入（CI）。该设计将三个可逆逻辑门集成于两个操作阶段中，采用门扩散输入（GDI）方法实现。具体而言，该设计使用两个Feynman门和一个新开发的基于GDI的可逆多路选择器（R-MUX-GDI）来生成和信号（Sum）和进位输出（C_out）信号。该3×3多路选择器仅具有两个垃圾输出和两个晶体管，大幅减小了电路的占用面积。输入配置经过精心设计，以限制过多的垃圾输出。当将该全加器集成到用于图像处理的行波进位加器（RCA）中时，所提出的全加器在面积效率、功耗和输出图像质量方面均表现出卓越的性能。使用32纳米碳纳米管场效应晶体管（CNTFET）技术、在0.9V供电电压（V_DD）下进行的仿真结果表明，所提出的电路功耗为1.0388 μW，与其同类电路相比极低。全加器的功率延迟积（PDP）为6.744 aJ，使其成为低功耗可逆计算和室温量子邻近控制电路的候选方案。此外，将该全加器应用于4位、8位、16位和32位行波进位加器（RCA）配置时，分别需要48、96、192和384个晶体管，充分体现了其显著的面积节省优势和有效的图像处理能力。