Разработка и исследование логических схем на основе элементов конденсаторно-транзисторного типа

• Автор: Николаев, Артём Валерьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

Содержание.
Введение

Глава 1. Недостатки КМОП схемотехники и современные тенденции их преодоления.

1.1 КМОП схемы и их предшественники

1.2 Развитие КМОП схемотехники

1.3 Проблемы энергопотребления в электронике.

1.4 Реверсивность логических схем и принцип квазиадиабатического переключения

1.5 Выводы
Глава 2. Базовые принципы функционирования и основные характеристики конденсаторнотранзисторной логики.

2.1. Архитектура элементов кондссаторнотранзисторного типа.

2.2. Методы борьбы с дребезгом на выходе схем.

2.3. Проблема работы логических вентилей в больших схемах и метод ее решения.
2.4. Последовательностные схемы.
2.5 Выводы
Глава 3. Анализ построения КТЛ элементов и сравнение с классическими КМОП аналогами
3.1. Инвертор.
3.2. Логический вентиль с шестью входами
3.3. Одноразрядный сумматор.
3.4. Мультиплексор восемь в один
3.5. ЯБ и Этриггсры
3.6 Инвертор, выполненный по технологии нанометров.
3.7. Выводы
Глава 4. Разработка технологического маршрута производства конденсаторнотранзисторных элементов.
4.1. Выбор размеров емкостного элемента на основе МОПтранзнстора
4.2. Оценка работоспособности КТЛ элементов с помощью двумерной численной модели КТЛ структуры
4.3 Трехмерное численное моделирование КТЛ структуры.
4.4 Влияние конструктивночехнологических параметров на характеристики КТЛ элементов.
4.5 Выводы.
Глава 5. Экспериментальные исследования и анализ образцов КТЛ и КМОП инверторов
5.1. Постановка эксперимента.
5.2. Измерительное оборудование
5.3. Измерения.
5.4. Выводы
Заключение.
Список использованной литературы


В схемах с высоким быстродействием (ИР) традиционно стремятся уменьшить пороговые напряжения (сейчас используют 0. DIBL эффектов. С другой стороны в LSTP схемах порог достаточно высок (около 0,4 В), что значительно снижает паразитные эффекты. Но при этом большой проблемой становится уменьшение напряжения питания. В последнее десятилетие мультимедийные приложения, реализованные в мобильных устройствах, значительно увеличили диапазон функциональности, что потребовало и немалого увеличения их энергопотребления. ЮР). При этом, в отличие от микропроцессоров, в данном сегменте рынка стоимость является одним из ключевых факторов, что исключает использование некоторых привлекательных, но дорогостоящих технологий. Одним из недорогих решений этой проблемы является использование многопороговых схем: 1) приборы с высоким порогом используются там, где необходимо добиться очень малых статических утечек, 2) приборы со стандартным порогом составляют основу схемы, 3) приборы с низким порогом будут полезны для удовлетворения высоких требований к быстродействию современных мобильных мультимедийных устройств. Такая технология получила название MTCMOS (Multi-Treshold CMOS [],[]). Одним из наиболее распространенных ее направлений является GP-LP технология, подразумевающая использование на одном кристалле транзисторов с низкой энергией переключения для путей где критично высокое быстродействие (GP - general purpose) с транзисторами с низким статическим потреблением для малоактивных частей схемы (LP - low power) []. Цена экономии энергии в данном процессе - три дополнительные маски и соответствующие дополнительные операции литографии и имплантации. Влияние энергосберегающих процессов на КМОП архитектуру сейчас достаточно велико: на приборном уровне - это уменьшение рабочих токов и частот, большее внимание к подпороговым эффектам и технологическим разбросам, на схемотехническом уровне - это использование многоуровневого питания, на системном уровне - многоядерная архитектура и распараллеливание вычислений []. Можно сказать, что КМОП переходит от стратегии агрессивного наращивания быстродействия к стратегии энергосбережения. Проблемы энергопотребления в электронике. Другим значимым изменением для пользователей явилась возможность получить доступ к этим ресурсам в любом месте, без необходимости подсоединения к проводным сетям. Требования портативности накладывают жесткие ограничения на размер, вес и потребляемую энергию. Энергия стала особенно важна после принятия соглашений о никель-кадмиевых батареях, ограничивающих их мощность до Вт/ч на фунт веса. Конечно, улучшения в технологии батарей будут сделаны, однако нежелательно, чтобы решение насущной проблемы энергетики откладывалось []. Хотя традиционно главными направлениями в разработке цифровой портативной техники, как-то наручные часы или калькуляторы, были уменьшение потребляемой энергии и габаритов, возрастающее количество портативной техники требует большего уменьшения энергии и уменьшения габаритов. Например, ноутбуки, представляющие быстроразвивающийся сектор компьютерной индустрии, требуют таких же вычислительных возможностей, как настольные машины. Аналогичные требования предъявляют системы персонального коммуникационного сервиса (PCS), таких как последнее поколение цифровых сотовых телефонных сетей, использующих устройства сжатия речи и радиомодемы в маленьком корпусе. Еще более сложными они будут для портативной PCS техники, имеющей универсальный мультимедийный интерфейс с поддержкой полноэкранного цифрового видео и распознавания речи. В этих устройствах в беспроводной среде должны одинаково хорошо передаваться как речь, так и информация. Это облегчит работу новых служб, таких как доступ к мультимедийной базе данных и суперкомпьютерам через интеллектуальные сети, поддерживающие связь с этими сервисами или с другими людьми в любое время и в любом месте. Портативные устройства должны иметь энергию на видео компрессию/декомпрессию и распознавание речи вдобавок к обеспечению стандартных аналоговых трансиверов и речевых декодеров [].