雙載子互補式金氧半驅動電路之特性

Abstract

雙載子互補式金氧半(BiCMOS)技術雖然早在1969年就被提出, 然而因為當時正值互補 式金氧半(CMOS)技術開始流行, 所以并未受到重視。一直到最近, 在超大型積體電路 (VLSI)中, CMOS面臨它低推動能力的限制而雙載子電晶體(Bipolar) 電路又因大功率 消耗而無法達到高密度的目標,BiCMOS 技術才又再度受到重視。BiCMOS融合了CMOS的 高密度及低功率消耗的優點以及Bipolar 的高速度, 高推動能力等優點, 使得BiCMOS 技術成為未來次微米超大型或極大型積體電路(ULSI)之主流。在一般文獻中, 驅動器 電路最長被用來評估BiCMOS技術的優越性, 然而大多數的文獻都只提其優點, 而避開 它的缺點及可能遭遇的問題不談。在未來次微米VLSI和ULSI系統中, 為了功率消耗及 可靠性的考量, 低電源電壓系統誓在必行, 我們更想知道BiCMOS電路是否能適用在此 低電源電壓系統。 在這篇論文中, 我們首先對傳統的非全擺幅BiCMOS驅動器電路之性能加以分析研究, 經由SPICE 模擬軟體模擬, 我們發現單級之BiCMOS驅動器性能包括推動能力、功率消 耗、以及對溫度及電源電壓之靈敏度等遠優於傳統的CMOS驅動器。接下來我們再指出 此類驅動器之缺點及其可能發生的問題。模擬結果顯示, 由於這些問題及缺點, 此類 型之驅動器當多級連接時將無法在未來的低電源電壓系統下工作, 為此我們改良并設 計了一種全擺幅的BiCOMS驅動器。它不但能適應低電源電壓系統而且也能增進其操作 速度, 而其代價僅僅是增加一個極小的金氧半電晶體而已, 它的優越性能也經由SPIC -E模擬加以驗證。