新型互補式金氧半超大型積體邏輯線路之分析，設計及應用

Abstract

本論文提出幾個可在超大型積體電路上應用的新型互中甫式場效電晶體還輯線路。新 線路研究的範圍包括了靜態與動態及二進位與三進位等邏輯線路。首先提出及分析的 是兩個靜態邏輯－－即互補式場效電晶體之多吸極邏輯與無臨界電壓邏輯，及它們的 延生者－－即堆疊式多吸極邏輯與併疊式無臨界電壓邏輯。它們在結構上都與雙載子 電晶體邏輯輯相似。多吸極邏輯從積體射出邏輯推導而來，而無臨界電壓邏輯從雙載 子無臨界電壓邏輯推導而來。互補式場效電晶體之多吸極邏輯被證明比起傳統的互補 式靜態邏輯有較佳的速度與集積面積性能。其功率消耗與延遲時間乘積性能也被證明 比積體射出邏輯及射極偶合邏輯好，而與傳統互補式靜態邏輯在一億赫茲下操作時之 性能相進。將幾個多吸極邏輯閘疊起來就可形成堆疊式多吸極邏輯閘，如此多項複雜 的布林函數就可在這樣一個高度複合皂邏輯閘內完成，而可曾加包裝密度。在所有己 經提出的數位互補式場效電晶體邏輯中，無臨界電壓邏輯被證明是工作速度最快者。 將此技巧用於互補式電壓併疊邏輯中，互補式場效電晶體之併疊式無臨界電壓邏輯就 可形成。此邏輯電路能集無臨界電壓邏輯電路之高速優點與電壓併併疊邏輯電路之低 功率消耗優點於一身。又此邏輯線路雖然比無臨界電壓邏輯線路慢，但是卻消耗較少 功率；而另一方面，它仍比以前被證明是最快的邏輯線路－－差動分離邏輯線路－－ 要求得快。 接著提出兩個沒有電荷重排與時脈捔曲問題之四相動態線路。其中一個叫三時脈線四 相線路，它有較簡單之電路結構。另一個叫高速四相動態線路，它採用一個特殊之工 作原理以達到高速操作的特性，缺點是要多用幾個場效電晶體。 另一個低功率消耗之動態三進位邏輯也被提出以減少二進位邏輯線路之連線負擔。它 借著適當的結合低供應電壓及正形與負形場效電晶體之互補特性以達到低功率消耗之 目地。 以各種邏輯來設計之加法線路特性被比較到模擬與畫圖階段。最後一個通用乘法器與 一個高度管路化乘法器被用來當作例子以說明如何在一個線路設計時，同時使用個種 不同的電路技巧。 由本論文研究發現，比須適當的使用不同的還輯線路，以使整個系統之性能最佳化。