[发明专利]基于单极型晶体管的触发器电路及芯片

说明书

本发明公开了一种基于单极型晶体管的触发器电路及芯片，其中触发器电路包括三个动态单元；第一个动态单元的第一晶体管的源极作为一个动态单元的第一输出端；第二个动态单元的第二晶体管的栅极连接至第一输出端，第二晶体管的漏极作为第二个动态单元的第二输出端；第三个动态单元包括第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管，第一反相器的输出端与第三晶体管的栅极连接，第一反相器的输入端与第五晶体管的栅极连接，第四晶体管的漏极与第二反相器的输入端连接，第二反相器的输出端作为触发器电路的输出端。本发明的触发器电路与传统的电路相比，器件数目更少，且不需要双电源，降低了电路复杂度，可广泛应用于半导体集成电路领域。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种基于单极型晶体管的触发器电路及芯片。

背景技术

传统的刚性电子与可弯曲的日常生活物品(例如纸张，胶带，人体和纺织品)之间存在实际应用上的困难。我们可以通过大面积柔性电子技术来解决此问题。这些大面积柔性电子技术提供了可弯曲性，重量轻，超薄尺寸，透明度，可拉伸性，大面积适用性，低成本以及其他一些吸引人的功能。

然而，目前大部分柔性电子技术仅能提供高性能的单极型(纯n型或纯p型)器件。例如，a-Si TFT技术，氧化物TFT技术主要器件类型为n型晶体管；而有机TFT技术，碳纳米管技术主要器件类型则为p型晶体管。因此，通常情况下，柔性电子电路仅能基于单极型晶体管实现，这意味着传统CMOS电路设计技术不再适用，相比成熟的CMOS集成电路设计技术，柔性集成电路的设计面临很多挑战。

本发明仅以纯n型电路为例进行讨论，对于纯p型电路，只需将电路上下翻转即可，因此不再做详述。

基于单极型器件的触发器电路，目前常用的设计为维持阻塞结构，如图1所示。触发器由5个二输入或非门和1个三输入或非门组成。对于或非门电路，目前常用技术有两种，分别为伪CMOS逻辑(如图2所示)和电容自举逻辑(如图3所示)。

从电路复杂度角度，基于伪CMOS逻辑的维持阻塞触发器需要两路电源，38个晶体管(二输入或非门消耗6个晶体管，三输入或非门消耗8个晶体管)。基于电容自举逻辑的触发器虽然只需一路电源，但每个或非门都需要一个自举电容，因此触发器总共消耗38个晶体管和6个电容(二输入或非门消耗6个晶体管1个电容，三输入或非门消耗8个晶体管1个电容)。

从功耗角度，对于伪CMOS逻辑和电容自举逻辑，当输入为高电平时，上拉晶体管和下拉晶体管都不能完全关断，因而具有较大的漏电流，导致静态功耗不为零。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本发明的目的是提供一种基于单极型晶体管的触发器电路及芯片。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于单极型晶体管的触发器电路，包括三个动态单元、第一反相器和第二反相器，各所述动态单元均包括三个晶体管，所述三个晶体管依次串联在电源端和接地端之间；

第一个动态单元中串联在中间的第一晶体管的源极作为所述一个动态单元的第一输出端；

第二个动态单元中串联在中间的第二晶体管的栅极连接至第一输出端，所述第二晶体管的漏极作为所述第二个动态单元的第二输出端；

第三个动态单元包括第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管，所述第二输出端与所述第一反相器的输入端连接，所述第一反相器的输出端与所述第三晶体管的栅极连接，所述第一反相器的输入端与所述第五晶体管的栅极连接，所述第四晶体管为串联在中间的晶体管，所述第四晶体管的漏极与所述第二反相器的输入端连接，所述第二反相器的输出端作为所述触发器电路的输出端。

进一步，所述晶体管为p型晶体管或n型晶体管。

进一步，所述触发器电路还包括第一电容、第二电容和第三电容；