[Digital Logic Gate]_TRANSMISSION_D-FF VS NAND_D-F

Schematic

[그림 1] TRANSMISSION_D-FF_Schematic

[그림 2] NAND_D-FF_Schematic ㅅ

사용 Transister

TRANSMISSION_D-FF : 24개
NAND_D-FF_Schematic : 34개

Simualtion

[그림 4] TRANSMISSION_D-FF _Simulation

[그림 5] NAND_D-FF _Simulation

Simulation 비교

[그림 6] 동시 비교 그래프

 

 

Propertise 설정

	D	CLK	RST
Voltage1	0V	0V	0V
Voltage2	1V	1V	1V
Period	2.7n	2n	27n
Delay Time	0	0	0
Rise Time	1p	1p	1p
Fall Time	1p	1p	1p
Pulse width	1.3n	1n	5n

 

Frequency 비교

[그림 7] Frequency 5GHz 이하 그래프

[그림 8] Frequency 5~10GHz 그래프

[그림 9] Frequency 11GHz 이상 그래프

[그림 10] Frequency 비교 파형

 

결론

• 그래프를 확인해보면, 대략 5GHz까지는 빨간선으로 표시된 Transmission D-FF의 전력 소비가 노란선인 NAND D-FF보다 조금 더 낮거나 비슷한 수준임을 확인할 수 있습니다.
   하지만 5GHz 이후부터는 주파수가 증가할수록 NAND D-FF의 전력 소비가 더 커지는 경향을 보입니다.
• 다만, 앞서 보신 것처럼 5GHz 이후 NAND D-FF에서는 Metastability 현상이 발생하여 파형이 무너지는 문제가 있었기 때문에,이 구간에서의 전력 비교는 의미 있는 평가 기준이 되기 어렵다고 판단하였습니다
• . 따라서 전체적인 안정성과 효율성을 고려했을 때 Transmission D-FF가 더 적절한 선택이라고 결론지을 수 있습니다.

POWER 비교

[그림 11] 초기 설정

 

[그림 12] Power비교 파형

결론

• Transmission D-FF는 51.87μW, NAND D-FF는 52.99μW로 나타났습니다.
• 이 수치를 비교해 보면, Transmission D-FF가 더 낮은 전력을 소모하며, 전력 효율 면에서 더 우수한 구조임을 확인할 수 있습니다.

Delay 비교

[그림 13] 초기 설정

[그림 14] Delay 비교

결론

• Delay를 측정하기 위해 편의상 RST을 0으로 설정하였고, 결과파형을 보면 Delay가 대략 1n정도임을 보이고, TG가 NAND보다 Delay가 적고 더 빠르다는 것을 확인할 수 있다.

Transmission D-FF, NAND_D-FF [Monte Carlo Delay]

[그림 15] Monte Carlo_Delay

 

	Tdmr (nand)	Tdmf (nand)	Tdm (nand)	Tdmr (tg)	Tdmf (tg)	Tdm (tg)
Jarque-Bera	321.159k	7.72164k	11.0635k	323.195k	323.314k	323.345k
Kurtosis	194.307	28.3746	34.4867	194.925	194.961	194.971
Mean	1.08632n	743.085p	914.705p	1.03595n	732.321p	884.135
Number	200	200	200	200	200	200
Skewness	-13.9983	-5.51082	-5.87987	-14.0316	-14.0335	-14.0340
Std Dev	74.1424p	343.438p	189.932p	73.6022p	144.462p	109.029p

 

 

Transmission D-FF, NAND_D-FF  [Monte Carlo Power]

[그림 16] Monte Carlo_Power

	P_NAND	P_TG
Jarque-Bera	8.78836	2.58821
Kurtosis	928.345m	55.4781m
Mean	53.878u	52.5450u
Number	200	200
Skewness	219.533m	-276.671
Std Dev	386.438n	497.237n

 

Monte Carlo 측정 결과 비교

	P_NAND	P_TG
Jarque-Bera	8.78836	2.58821
Kurtosis	928.345m	55.4781m
Mean	53.878u	52.5450u
Number	200	200
Skewness	219.533m	-276.671
Std Dev	386.438n	497.237n

 

	Tdmr (nand)	Tdmf (nand)	Tdm (nand)	Tdmr (tg)	Tdmf (tg)	Tdm (tg)
Jarque-Bera	321.159k	7.72164k	11.0635k	323.195k	323.314k	323.345k
Kurtosis	194.307	28.3746	34.4867	194.925	194.961	194.971
Mean	1.08632n	743.085p	914.705p	1.03595n	732.321p	884.135
Number	200	200	200	200	200	200
Skewness	-13.9983	-5.51082	-5.87987	-14.0316	-14.0335	-14.0340
Std Dev	74.1424p	343.438p	189.932p	73.6022p	144.462p	109.029p

 

결론

 

• 비교 결과 TR 갯수, Power, Delay 부분에서 Transmission gate D-FF이 NAND D-FF보다 성능이 우수하다는 것을 확인 할 수 있다.