高速低耗BICMOS存贮器（Memory）的设计与仿真研究

论文摘要

计算机问世50多年来,其性能发展很快,特别是CPU技术发展更快,然而,计算机存储器的发展滞后于CPU的发展,它严重影响了计算机的性能。由此对存储器在集成度、功耗和速度上提出了更高的要求。 BiCMOS（Bipolar Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术将双极型器件与CMOS器件有效结合,既保持了CMOS电路的低功耗和高集成度的优点,又获得了与双极电路相媲美的高速性能和强驱动能力,因此,近年来此技术正日益受到集成电路（IC）业界的重视。 本文设计的静态随机读/写存储器（SRAM）采用先进的BiCMOS技术及Bank结构、CSEA存储位元以及超前译码技术,使存储性能大为提高。本文最后对SRAM部分单元电路进行了逐一、反复的仿真试验,以及对全电路进行了软件仿真,模拟结果表明,所设计的SRAM的容量为1M,电源电压为3.3V,功耗约为1.78W,总体上实现了高速、高精度、低功耗的特性。 根据SRAM电路的性能要求,结合目前IC的工艺水平,简要地提出了实现本文静态存储器的BiCMOS工艺设计要点。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 BiCMOS技术的研究进展
• 1.2 半导体存储器的现状及其发展趋势
• 1.3 论文研究的意义
• 1.4 本文研究的主要内容及章节安排
• 第2章 BiCMOS技术及其应用
• 2.1 BiCMOS的结构模型
• 2.1.1 BiCMOS工艺结构模型
• 2.1.2 BiCMOS电路结构模型
• 2.2 CMOS／BiCMOS电路主要性能比较
• 2.2.1 负载能力及延迟时间
• 2.2.2 集成度及功耗
• 2.3 BiCMOS数字逻辑门电路设计
• 2.3.1 BiCMOS反相器设计
• 2.3.1.1 CMOS反相器
• 2.3.1.2 BiCMOS反相器
• 2.3.2 BiCMOS与非门
• 2.3.3 全摆幅BiCMOS逻辑门设计
• 2.3.3.1 利用分流网络实现全摆幅输出
• 2.3.3.2 利用瞬间饱和技术全摆幅输出
• 2.3.3.3 高性能互补耦合BiCMOS电路
• 2.4 本章小结
• 第3章 BiCMOS静态存储器的设计方案
• 3.1 存储器分类及其主要性能指标
• 3.2 存储器的主要性能指标
• 3.3 静态随机读写存储器（SRAM）
• 3.3.1 静态存储器的构造和约定
• 3.3.2 列读／写电路
• 3.4 存储矩阵、存储体、存储位元
• 3.4.1 BJT存储位元
• 3.4.2 CMOS存储位元
• 3.4.3 BiCMOS存储位元
• 3.5 BiCMOS低摆幅译码器
• 3.5.1 双极型译码器功耗问题
• 3.5.2 二极管-三极管（DTL）译码器超前译码方式
• 3.5.3 带有开关PMOS负载管的二极管译码器
• 3.5.3.1 基本运行模式
• 3.5.3.2 开关PMOS负载管的设计考虑
• 3.5.3.3 地址线共享
• 3.5.3.4 本节结论
• 3.5.4 脉冲二极管译码器
• 3.5.4.1 基本运行模式
• 3.5.4.2 容性脉冲二极管译码器
• 3.5.4.3 NMOS电容二极管译码器
• 3.5.5 字线ECL-CMOS电平转换器
• 3.5.5.1 低功率字线电平转换器
• 3.5.5.2 脉冲字线中的释放电
• 3.6 CSEA存储器中灵敏放大器及其写技术
• 3.6.1 CSEA基础知识
• 3.6.2 单端位线灵敏放大器
• 3.6.2.1 简化的灵敏放大器
• 3.6.2.2 发射极的影响和字线的阻抗
• 3.6.2.3 电源噪声的相关数据
• 3.6.2.4 位线的参考设计
• 3.6.3 二级串级（共基—共发射极放大器）灵敏放大器
• 3.6.3.1 灵敏放大器参数的设计
• 3.6.3.2 二级串级网络
• 3.6.3.3 串级参数设计
• 3.6.4 CSEA写技术
• 3.6.4.1 单端口对不同位元的写问题
• 3.6.4.2 局部字线识别（qualification）
• 3.6.4.3 本小节结论
• 第4章 BJT与MOS器件模型参数的选取
• 4.1 分析与选取双极型管模型参数
• 4.1.1 影响模拟电路延时性能的BJT主要参数分析
• 4.1.2 影响数字电路延时性能的BJT主要参数分析
• 4.2 BJT主要参数的选取
• 4.3 MOS管主要模型参数的选取
• 第5章 BiCMOS工艺设计
• 5.1 BiCOMS器件结构及其参数
• 5.2 BiCMOS SRAM工艺流程中的几项制作技术
• 5.2.1 整体工艺流程
• 5.2.2 双阱CMOS工艺技术要点
• 5.2.3 MOS器件衬底偏置要点
• 5.2.4 BiCMOS工艺上的特殊考虑
• 5.2.5 0.8μm BiCMOS工艺特征和器件结构
• 第6章 IM BiCMOS静态存储器的设计
• 6.1 设计方案
• 6.1.1 译码器设计
• 6.1.2 存储体的设计
• 6.1.3 读／写控制电路
• 6.2 工作原理
• 6.2.1 SRAM原理图
• 6.2.2 工作原理
• 第7章 BiCMOS SRAM的仿真及功能验证
• 7.1 仿真工具的选择
• 7.2 基本单元电路的功能仿真
• 7.3 全电路仿真
• 第8章 结论与展望
• 8.1 论文工作总结
• 8.2 结论与讨论
• 8.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 本文作者硕士生期间参加科研及论文发表情况