基于混合 SET/MOSFET 的比较器的设计

4 仿真分析

Mahapatra, Ionescu, Banerjee 等人2004 年提出SET 的MIB 数学模型。该模型可以精确地描述SET 低温低功耗下的I-V 特性。适当选取SET/MOSFET 的各物理参数使用该模型对该一位比较器进行仿真，得到图5 的参数仿真分析结果，各参数选取如表1 所示。

图5 中X 和Y 为输入信号，Z 为输出信号。当输入X 为高电平信号，Y 为低电平信号，输出Z 实现的是X>Y 功能，如图5 所示。同理可得，当输入X 为低电平信号，Y 为高电平信号，输出Z 实现的是X<Y 功能；当输入X 为高（或低）电平信号，Y 为高（或低）电平信号，输出Z 实现的是X=Y 功能。首先，从仿真结果可见，波形较好地反映了一位比较器的功能，验证了利用混合双栅极SET/MOSFET 实现‘同或’功能的正确性。其次，比较器的输入高低电平分为110mV 和0V，而输出高低电平逼近于1V 和0V，从数据分析结果可见，低输入高输出电压可较好地驱动负载电路。最后，由MIB 的仿真模型，可以算出通过偏置电压VDD 的漏电流为6.3E-9A ，从而得出该比较器的静态总功耗为6.3nW。所以用SET/MOSFET 构成的电路具有极低的功耗，量级为nW 级，它比CMOS 电路低4-5 个量级。

5 结论

本文作者创新点：基于数字电路的逻辑设计思想，利用SET/MOSFET 混合结构的传输特性，设计构造了一位数值比较器结构。通过仿真分析和验证，该比较器的优点有：结构简单；传输特性好；驱动负载工作能力强，通过适当选取混合SET/MOSFET 的各个物理参数，尤其是SET 的物理参数，可以达到低输入电压和高输出电压；同时利用混合双栅极SET/MOSFET 实现‘同或’功能大大减少了管子的数目，更进一步提高了集成度，降低了功耗，更有利于大规模集成电路的实现。