多种纳米级电流模逻辑的特性分析

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高速低功耗电路目前已经成为VLSI技术的发展趋势。因为具有恒定的静态功耗,MCML(MOS Current Mode Logic,MOS电流模逻辑)引起了人们的关注。但是由于MCML电路的特性受多个参数的影响,并且这些参数之间有较高的耦合度,所以这导致了其设计复杂度很高,从而限制了它的广泛应用。论文利用电路的小信号分析与仿真模拟的方法,重点剖析了影响MCML性能的四个重要因素。通过分析这四个因素影响MCML性能的原因、程度和调整方法,论文梳理了它们之间的主次关系,并以此为基础归纳了MCML电路的设计方法,找出了一个合理有效的设计流程。论文采用纳米级CMOS工艺的伯克利预测模型(BPTM),通过Hspice电路模拟软件对纳米级工艺下四扇出MCML反相器和标准CMOS反相器的性能进行了仿真,重点比较了MCML电路与标准CMOS逻辑电路受工艺尺寸缩小和电源电压下降的影响。仿真结果表明在纳米级工艺下,随着电源电压和工艺尺寸的减小,MCML电路性能的提升要快于标准CMOS逻辑电路。
摘要第3-4页
Abstract第4页
第一章 绪论第7-11页
    1.1 研究背景与研究目的第7-8页
    1.2 MCML的国内外研究现状第8-10页
    1.3 本文主要工作与结构安排第10-11页
第二章 MCML原理和特性参数第11-25页
    2.1 MCML电路工作原理第11-12页
    2.2 MCML基本电路结构第12-18页
        2.2.1 静态MCML电路的典型结构和工作原理第12-13页
        2.2.2 动态MCML(DyCML)电路的典型结构和工作原理第13-16页
        2.2.3 MCML电路模型第16-18页
    2.3 MCML电路的特性参数第18-25页
        2.3.1 延迟(t d )第18-20页
        2.3.2 功耗(Pd)第20页
        2.3.3 电压摆幅(ΔV )第20-21页
        2.3.4 增益(A v )第21页
        2.3.5 噪声容限(NM)第21-22页
        2.3.6 压摆率(VSR)第22-23页
        2.3.7 信号倾斜率(SSR)第23-25页
第三章 影响MCML电路性能的重要因素第25-43页
    3.1 电压摆幅对MCML电路性能的影响第25-27页
    3.2 静态电流对MCML电路性能的影响第27-30页
    3.3 有源负载对MCML电路性能的影响第30-32页
    3.4 开关噪声对MCML电路性能的影响第32-43页
        3.4.1 馈通效应对MCML电路的影响第32-36页
        3.4.2 多输入信号同时开关对MCML电路的影响第36-43页
第四章 纳米级MCML基本逻辑单元的分析与设计第43-75页
    4.1 纳米级工艺的特点第43-45页
        4.1.1 纳米级工艺的优势第43-44页
        4.1.2 纳米级工艺下的漏电流第44页
        4.1.3 纳米级工艺带来的设计难点第44-45页
    4.2 纳米级工艺对MCML电路的影响第45-50页
        4.2.1 漏电流对MCML电路的影响第45-47页
        4.2.2 沟道调制效应对MCML电路的影响第47-50页
    4.3 MCML电路的设计方法与设计流程第50-55页
        4.3.1 MCML电流源晶体管的设计第50-51页
        4.3.2 逻辑运算晶体管的设计第51-52页
        4.3.3 有源PMOS负载电阻的参数设计第52-53页
        4.3.4 MCML电路的设计流程第53-55页
    4.4 多种纳米级MCML基本逻辑单元的分析与比较第55-75页
        4.4.1 MCML反相器/缓冲器(INV/Buffer)第55-58页
        4.4.2 MCML通用逻辑门(Universal Gate)第58-70页
        4.4.3 MCML锁存器(Latch)第70-75页
第五章 纳米级MCML电路与标准CMOS逻辑电路的比较第75-81页
    5.1 电源电压对纳米级MCML电路和标准CMOS逻辑电路的影响第75-79页
        5.1.1 MCML反相器/缓冲器受电源电压的影响第75-77页
        5.1.2 标准CMOS反相器电路受电源电压的影响第77-79页
    5.2 工艺尺寸对纳米级MCML电路和标准CMOS逻辑电路的影响第79-81页
第六章 总结与展望第81-83页
致谢第83-85页
参考文献第85-89页
研究成果第89-90页
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