1、低功耗低电压电路设计：FGMOS 晶体管的应用与优势

低功耗低电压电路设计：FGMOS 晶体管的应用与优势

1. 电路设计的大框架

在当今的电路设计领域，模拟和数字信号处理各有其独特的地位和优势。近年来，数字信号处理在芯片设计中逐渐取代了模拟信号处理，原因在于其开发成本低、精度性能和动态范围更好，且易于测试。模拟电路的作用主要局限于将数字系统与外部世界进行接口的电子应用。然而，在一些不需要精确计算数字，且需要大规模并行集体处理信号的系统中，低精度模拟超大规模集成电路（VLSI）在成本、尺寸和/或功耗方面已被证明比数字电路更具优势。同时，混合信号专用集成电路（ASIC）越来越受欢迎，模拟和数字电路的协同共存能够弥补彼此的弱点，形成一种共生关系。

随着晶体管发明超过 50 年，微电子技术取得了显著的进步，如特征尺寸每年减少 15%，成本每年降低 30%，性能提高 50%，半导体市场增长率为 15%。但随着器件尺寸的减小，互连延迟和 CV² 功率耗散成为新的约束。过去，电容随尺寸一起缩小，但现在其与电路中电线的总长度 L 成正比，互连功率耗散可重写为 kV²L（k 为介电常数），因此降低互连功率的关键参数是电压，需要新的策略来使电路在更低的电源电压下工作。此外，随着器件尺寸缩小，电场强度成比例增加，增加了介电击穿的风险，降低电压差可以补偿这一问题，因此低电压电源是有益的。

电子娱乐、计算和通信工具，特别是便携式设备的快速发展，对微电子技术提出了降低电路功耗的挑战。因为系统便携性通常需要电池供电，而电池技术的发展速度跟不上应用的需求。此外，在一些需要长时间佩戴或植入患者体内的生物医学产品中，电池寿命也是一个关键因素，这促使微电子设计师探索低功耗生物医学系统。

选择完全集成的超大规模互补金属氧化物半导体（CMOS）实现方案