FinFET电流模电路设计

摘要

随着集成电路工艺尺寸不断缩小，尤其是进入65nm及以下节点以后，电路动态功耗按比例增加，漏电流按指数增大，虽然 FinFET晶体管的使用可以减小一定的漏功耗，以及封装技术的发展，能够实现一个芯片上集成更多的晶体管，但是，由于功耗限制，不能保证每个增加的晶体管都能同时地高速工作。国内外研究资料表明，FinFET电流模电路不仅工作频率高、速度快等优势，而且电路功耗不受工作频率影响，这使得 FinFET电流模电路在高频电路中逐渐得到应用。
　　本学位论文将针对电流模电路的结构、低功耗设计方法和电路性能偏差分析展开研究。在了解 FinFET单、双轨电流模电路结构的基础上，将超阈值设计技术和功控休眠技术应用到两种电流模逻辑电路中比较电路性能。另外，通过HSPICE的Monte Carlo仿真，对两种电流模电路性能偏差进行分析，进而更深入全面地认识两种电流模逻辑电路的优缺点。本文大体内容框架如下：
　　1、介绍了 FinFET器件和 FinFET电流模逻辑电路双轨结构，分析工作原理和性能参数，并设计出 FinFET双轨电流模组合电路。
　　2、阐述 FinFET单轨电流模电路的工作原理，并设计出单轨电流模基本门电路和分析电路的性能参数特点，将双轨电流模电路和单轨电流模电路在功耗、延时和功耗延时积大小等方面进行比较，结果表明在高速场合中，FinFET单轨逻辑电路比双轨逻辑更具有优势。
　　3、根据 FinFET电流模逻辑结构特点，将超阈值设计技术应用到 FinFET电流模逻辑电路中。计算超阈值电流模逻辑电路的最小工作电压，进而更加优化电路性能。将超阈值条件下的FinFET单、双轨电流模电路与静态传统互补逻辑电路性能参数进行比较。得到将超阈值设计技术应用到 FinFET电流模逻辑电路可以满足低功耗设计要求。
　　4、介绍功控休眠技术的工作原理和5种功控 FinFET电流模逻辑电路的实现方法，选择最佳的一种实现方式运用到 FinFET电流模逻辑电路。并把设计出的功控 FinFET单、双轨电流模电路与传统静态互补逻辑电路以及非功控的FinFET单、双轨电流模电路进行对比，结果显示功控 FinFET单轨电流模逻辑电路比 FinFET双轨电流模电路和传统静态互补逻辑电路在功耗减小方面具有更显著的优势。
　　5、介绍工艺波动和统计静态时序分析方法以及抗偏差的性能优化设计技术。通过对二输入与非门 Monte Carlo仿真，得到FinFET单轨电流模电路虽然在节约面积和功耗方面占优势，但是电路抗干扰能力没有 FinFET双轨电流模电路强健，尤其在超阈值范围内。另外，随着电源电压的提高，电路概率分布函数越接近正态分布，并且电路延时均值是常量不受电源电压影响。

目录

声明

引言

1绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2 FinFET 电流模电路设计技术研究的重要性

1.3本文的研究内容和结构

2基于FinFET器件的电流模电路设计

2.1 FinFET器件

2.2 FinFET单、双轨电流模逻辑电路

2.3 FinFET CML电路相关参数

2.4实验结果分析

2.5本章小结

3超阈值FinFET CML电路设计技术

3.1超阈值FinFET CML基本设计理论

3.2超阈值FinFET CML电路最小电压分析

3.3超阈值FinFET SRCML、DRCML以及传统逻辑电路性能比较

3.4本章小结

4功控 FinFET CML电路设计技术

4.1功控 FinFET CML电路的实现方法

4.2功控FinFET CML电路设计

4.3实验结果分析

4.4本章小结

5超阈值FinFET CML电路性能偏差分析

5.1统计静态时序分析方法介绍

5.2抗偏差的性能优化设计技术

5.3实验结果分析

5.4本章小结

6结论

参考文献

附录A 相关网表

在 学 研 究 成 果

致谢