文档介绍：河北大学
硕士学位论文
亚65纳米CMOS工艺低功耗高性能多米诺电路的设计研究
姓名:宫娜
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:郭宝增
20070601
摘要当集成电路制造技术发展到亚水平时,芯片的速度和集成度将会显著提高,导致功率密度显著增大。与此同时,为了延长手持设备中电池的使用时间、降低芯片的封装及散热成本,则希望尽可能降低芯片的功耗。因此,亚ひ盏缏返墓木统为在芯片设计时需特别考虑的因素。多米诺电路是高性能处理器中主流的动态逻辑电路,其低功耗设计对降低整个墓囊庖逯卮螅虼耍绾紊杓频凸母咝阅芏米诺电路就成为当前集成电路技术研究的热点之一。论文首先阐述了低功耗电路设计的背景知识,包括集成电路的功耗组成以及常用的低功耗设计方法等,分析了多米诺电路的工作原理和特性,并指出设计亚工艺的多米诺电路,应将降低动态功耗的重一R频铰┑缌鞴纳希绕涫钦ぜ┑缌功耗上。其次,在权衡考虑动态功耗、亚阈值漏电流、栅极漏电流和速度等多个重要指标后,设计了两种新型的多米诺或门结构。仿真结果表明,提出的两种结构实现了低功耗高性能的目标,解决了亚ひ障露嗝着祷蛎糯嬖诘穆┑缌鞴螅资干扰的问题。再次,研究了双阈值多米诺电路的漏电流特性,从而得到了典型休眠温度下不同电路的最佳休眠状态。最后,考虑了阈值电压、栅氧化层厚度和沟道掺杂浓度等重要参数的随机浮动,就亚兄礷嗝着档缏返穆┑缌魈匦越辛蒙特卡罗模拟,从而得到了抗工艺参数浮动和低阈值漏电流最佳的休眠状态。关键词低功耗设计多米诺电路双阈值技术漏电流参数浮动摘要
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日期:丑年二￡月旦日日期:盟年上月日期:—埤年.』月⒈C芸冢凇!D委缉皇盈河北大学月——日解密后适用本授权声明。学位论文独创性声明学位论文使用授权声明作者签名:⒉槐C芸伞导师签名:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本学位论文属于朐谝陨舷嘤Ψ礁衲诖颉啊獭本人郑重声明:果,也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志
第滦髀研究背景和意义事曼鼍蔓皇曼量曼蔓曼曼舅曼曼—随着手持设备的普及以及芯片工作速度的不断提高,功耗已日益成为集成电路设计者必须考虑的因素:并且,随着芯片集成度的提高以及特征尺寸的缩小,其功耗密度显著增大,因此,功耗已成为继传统二维要素俣取⒚婊之后的第三维要素。‘’多米诺电路被广泛应用于械腁或其它流水线关键路径部分,是高性能处理器中主流的动态逻辑电路,其低功耗设计对降低整个墓囊庖逯卮螅虼说凸高性能多米诺电路己成为当前集成电路设计的研究热点之一,学术界和工业界均投入了大量的精力。本文的研究重点正是设计研究亚ひ盏凸母咝阅芏嗝着档缏贰本章首先介绍论文选题的背景和意义,然后给出了论文工作的研究现状,最后给出了论文的结构安排。自年第一块集成电路问世以来,集成电路的规模和特征尺寸均以令人惊异的速度向前发展。年公布的国际半导体发展规划,魅分赋觯闏艺技术将发展到,年将达至碈ひ找呀胙锥巍T诔蠊婺<傻缏姆⒄估中,电路工作者关注的主要问题是如何提高芯片的工作速度、节省硅片面积与成本以及提高系统工作的可靠性,而对电路功耗的考虑通常处于相对次要的位置。但是,近年来随着工艺技术进入纳米级阶段,集成度大大提高,在一个芯片上可以集成更多的元件,使芯片的功耗急剧增大。过大的功耗带来了一系列的问题,已成为超大规模集成电路继续发展的一个重要障碍【首先,功耗的增加引起芯片温度升高,影响电路的可靠性。工作温度的升高不仅使电路的各种物理缺陷所造成的故障显现出来,而且高的工作温度会使得电路的互连线电阻变大,线延时增加,导致严重的时延故障;同时,工作温度的升高会导致漏电流的增大,从而使芯片内部器件失效的几率大大增加,最终导致了电路的可靠性降低。研究表明,温度每升高,器件的故障率就提高丁】。其次,功耗的增加对各种使用电池的便携式设备的应用和发展造成严重的影响。电池技术本身的发展速度比较缓慢,跟不上遵循摩尔定律的集成电路技术的发展速度【。第髀量曼曼曼曼皂曼曼曼曼曼曼曼鼍曼皇曼;
量量曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼皇曼量曼曼曼事事柯寺曼曼鼍曼曼曼曼曼皇曼事柿柯寺麵唬柯低功耗多米诺电路研究现状因此,低功耗设计对于确保电池的工作时间起到了决定性的作用,便携式设备的市场需求的不断壮大也促进了低功耗设计的发