[01286501]基于传输开关理论和BICMOS工艺的超大规模集成电路核心单元高速低功耗的设计和研究

节能是现在世界各国为维持可持续发展的共同主题,在电子产品中特别是可移动电子设备中,节能的要求就更加重要了。由于可移动的要求和电池供电能力的限制,加上高的功耗导致集成电路温度迅速升高而引起集成电路工作的稳定性下降,功耗的情况甚至对产品具有决定性作用。例如,实现物联网和“智慧城市”,必须要有很多高效节能的数字设备实现终端的数据传输和处理,例如处理器,存储器,数模转换器等数字处理器件,功耗的要求往往是这些移动终端设备的最重要的要求之一。当前高性能集成电路的设计中,时钟网络的功耗占据了芯片总功耗的很大一部分,而时钟网络的主体构成就是触发器,因此,对集成电路的核心器件如触发器,全加器,锁存器等的低功耗研究,对于实现这一美好目标是非常有意义的。 本项目的研究主要以触发器和全加器为对象。在研究中分析总结了国内外文献提出的一些先进的触发器设计,引入结合双极型器件和CMOS优点的BiCMOS工艺,提出了一种基于BiCMOS工艺的新型脉冲式触发器的通用结构和设计方法,该结构和方法可设计多种触发器,设计的触发器具有高速低功耗大驱动能力的优点,应用TSMC 180nm工艺和HSPICE 进行仿真和优化,与已有文献提出的BiCMOS D型触发器相比,设计的触发器的功耗和PDP（Power Delay Product,功耗延时积）均有大幅度降低;提出了一种基于BiCMOS的新型脉冲式电平转换触发器;同时,引入了MCML（MOS Current-Mode Logic,MOS电流模逻辑）的结构,进行分析和改进,并设计了基于CMOS和BiCMOS工艺的两种三值D型触发器,应用TSMC 180nm工艺进行测试,设计的三值D触发器在速度和PDP均有较大的提升。