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随着集成电路集成度越来越高,速度越来越快,功能越来越强大,集成电路对高速和低功耗的需求也越来越高。触发器是数字集成电路中的关键部件,对数字集成电路系统的性能有重要影响,高性能触发器的设计一直是数字系统设计的重要任务。BiCMOS工艺是将CMOS和双极型器件同时集成在一块芯片上的技术,使设计的电路既有CMOS电路的高集成度,低功耗的优点,又有双极型电路的高速大驱动能力的优势,已经成为目前国际学术界研究的热点之一。与传统的主从型触发器相比,脉冲型触发器具有结构简单、软边沿、低延时等优点,因此得到越来越广泛的应用。本文提出了一种基于BiCMOS的脉冲式触发器的通用结构和设计方法,并设计出三种性能优异的BiCMOS双边沿脉冲式D触发器(PNP-PNP-DEDFF、PNP-NPN-DEDFF和NPN-NPN-DEDFF);为了在双电源供电的高性能电路中完成电平转换功能,本文提出了基于BiCMOS的脉冲式电平转换触发器的通用结构和设计方法,并设计了三种性能优异的BiCMOS双边沿脉冲式电平转换触发器(PNP-PNP-DELCFF、NPN-NPN-DELCFF和PNP-NPN-DELCFF)。MCML(MOS Current-Mode Logic)电路由于具有高速低摆幅,抗串扰能力强等特点,特别是适合在高频高速下工作的优点,越来越受到广泛重视。多值信号可以提高传输线与集成电路的信息密度和处理信息的能力,为解决集成电路中互连线增多带来的一系列问题提供了一种有效的解决方法。本文基于MCML结构和多值设计理论,提出了一种新型的MCML三值D型触发器(MCML-TDFF)和一种MCML四值D型触发器(MCML-QDFF),在此基础上,设计了一种基于BiCMOS工艺的高性能CML三值D型触发器(BiCMOS-CML-TDFF),很好的结合了BiCMOS电路和CML结构的优点,适合于高速和高工作频率的多值电路。本文所设计的触发器均采用TSMC180nm工艺,使用HSPICE进行模拟和验证,结果表明,所设计的触发器均具有正确的逻辑功能和良好的瞬态特性。设计的三种BiCMOS双边沿脉冲式D型触发器PNP-PNP-DEDFF、PNP-NPN-DEDFF和NPN-NPN-DEDFF与已有文献提出的三种先进的BiCMOS D型触发器相比,功耗分别减少78.4%～91.2%,80.8%～92.1%和80.0%～91.8%,PDP分别减少48.1%～95.5%,49.1%～95.6%和45.5%～95.3%。同时,所设计的BiCMOS双边沿脉冲式D型触发器能很好的驱动500fF的大负载,远远超过CMOS脉冲式D型触发器的驱动能力。设计的三种BiCMOS双边沿脉冲式电平转换触发器PNP-PNP-DELCFF、NPN-NPN-DELCFF和PNP-NPN-DELCFF与已有文献提出的三种先进的电平转换触发器相比,D-Q延时分别减小15.5%～48.5%,3.5%～41.2%和8.1%～43.9%,PDP分别减少9.2%～48.9%,3.0%～42.7%和3.7%～43.1%。同时,新设计的BiCMOS双边沿脉冲式电平转换触发器能很好的驱动100fF的大负载,大大超过CMOS脉冲式电平转换触发器的驱动能力。新设计的MCML三值D型触发器MCML-TDFF和基于BiCMOS工艺的CML三值D型触发器BiCMOS-CML-TDFF与已有文献提出的三种先进的三值D型触发器相比,平均D-Q延时分别减少了94.8%～98.1%和95.6%～98.4%,PDP分别减少了29.7%～75.1%和16.2%～70.4%。因此,利用本文提出的BiCMOS脉冲式触发器及脉冲式电平转换触发器的通用结构和设计方法,设计的BiCMOS脉冲式触发器和电平转换触发器,以及设计的基于BiCMOS的CML触发器具有结构简单,PDP小的优点,适用于高速低功耗电路。