高性能BiCMOS-NDR器件和BiCMOS數字積體電路設計研究

《高性能BiCMOS-NDR器件和BiCMOS數字積體電路設計研究》是依託杭州師範大學，由姚茂群擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高性能BiCMOS-NDR器件和BiCMOS數字積體電路設計研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姚茂群
• 依託單位：杭州師範大學

項目摘要

具有CMOS電路高集成度、低功耗的優點，又有雙極型電路驅動能力強、速度快優點的BiCMOS電路在現代電路系統中得到越來越多的套用。本申請項目提出一種BiCMOS組合電路的一般結構及其設計方法，進而提出一種全擺幅BiCMOS組合電路的驅動電路的通用結構及其設計方法，從而從開關級設計出全擺幅BiCMOS組合模組電路；脈衝式觸發器具有結構簡單、軟邊沿、低延時、低功耗等優點，本申請項目提出一種BiCMOS脈衝式觸發器結構及其設計方法，進而設計BiCMOS時序電路；負微分電阻器件具有低功耗、高速度、功能強的優點，本申請項目將研究高性能BiCMOS負微分電阻器件特性及其設計，並進一步提出一種基於BiCMOS負微分電阻器件的BiCMOS組合電路和時序電路設計方法，最終設計出高性能的BiCMOS數字積體電路。開展本項目研究為我國開發具有自主智慧財產權的高性能BiCMOS數字積體電路提供技術支持。

結題摘要

隨著現代電路系統對速度、功耗、集成度、驅動能力等要求的提高，具有CMOS電路高集成度、低功耗的優點，又有雙極型電路驅動能力強、速度快優點的BiCMOS電路在現代電路系統中得到越來越多的套用。本研究項目提出了一種BiCMOS驅動電路的一般結構及其設計方法，進而提出了一種全擺幅BiCMOS驅動電路的結構及其設計方法，從開關級設計出了全擺幅BiCMOS組合模組電路。對設計的各種全擺幅BiCMOS電路模擬結果表明，它們均具有正確的邏輯功能，較快的速度，較低的功耗，並實現了全擺幅輸出。這一研究為設計高性能全擺幅BiCMOS數字電路提供了單元電路和設計方法。 脈衝式觸發器具有結構簡單、軟邊沿、低延時、低功耗等優點，本研究項目提出了一種BiCMOS脈衝式觸發器結構及其設計方法，並具體設計了兩種結構簡單的BiCMOS脈衝式D型觸發器。採用TSMC 180nm工藝模擬表明，所設計的電路不僅具有正確的邏輯功能，且具有高速低功耗大驅動能力的優點，與已有文獻提出的BiCMOS D型觸發器相比，功耗和PDP均有大幅度降低。這一研究為設計高性能BiCMOS時序電路提供了高性能觸發器。 負微分電阻（Negative Differential Resistance，NDR）器件具有低功耗、高速度、功能強的優點，共振隧穿二極體RTD（Resonant Tunneling Diode）不僅具有高速、低功耗、高集成度等優點，且具有優秀的負微分電阻特性。本研究項目研究了基於RTD的數字電路設計。首先，我們設計了一種基於RTD的三變數通用邏輯門ULG3（three-variable Universal Logic Gate），其結構簡單，所有三變數函式均能用一個ULG3實現，且方法簡單；其次，為用ULG3實現任意邏輯電路，我們提出了基於ULG3的任意n變數邏輯函式分解成三變數邏輯函式子集的分解算法，算法規範且能很方便的編程實現；第三，提出了用設計的RTD三變數通用邏輯門ULG3實現n變數邏輯函式的電路結構；最後，提出了基於RTD三變數通用邏輯門ULG3和電路通用結構的邏輯電路實現綜合算法，該算法能很方便地編程實現。這一研究為用RTD通用邏輯門設計任意邏輯函式的RTD電路提供了一種有效的方法。