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4.MOS反相器
* CMOS反相器的逻辑阈值 VDD VIN VM Vin Vout -VGS=VDD-Vin -VDS=VDD-Vout VGS=Vin N管和P管均工作在饱和区 令 VM=Vin 得 * 逻辑阈值与晶体管尺寸的关系 10 0 10 1 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 M V (V) W p /W n 0.25um晶体管 VDD=2.5v PMOS大 NMOS大 * CMOS反相器的噪声容限 例 考虑一个具有如下参数的CMOS反相器电路: 计算电路的噪声容限 * 解: 对于CMOS反相器来说,VOL=0V,VOH=3.3V 当VIN=VIL时,nMOS管工作在饱和区,pMOS管工作在线性区 则有: VIL VIH Vin Vout 0 VDD VDD (1) (2) (3) (4) (5) N截止 P非饱和 N饱和 P非饱和 N非饱和 P饱和 N非饱和 P截止 Vin Vout -VGS=VDD-Vin -VDS=VDD-Vout VGS=Vin * * 当VIN=VIH时,nMOS管工作在线性区,pMOS管工作在饱和区 则有: 1.17 VIL VIH Vin Vout 0 VDD VDD (1) (2) (3) (4) (5) N截止 P非饱和 N饱和 P非饱和 N非饱和 P饱和 N非饱和 P截止 Vin Vout -VGS=VDD-Vin -VDS=VDD-Vout VGS=Vin * * CMOS反相器的瞬态特性 瞬态特性决定了电路的开关时间和工作速度 * CMOS反相器的瞬态特性 延迟时间tpd(传播时间) 2.上升时间 tr 3.下降时间tf * CMOS反相器的下降时间tf Vin=VDD 饱和区 Vin Vout 1. VOUT 从90%VDD 下降到 VDD-VTH N管的VDSVGS-VTH, 工作在饱和区 * CMOS反相器的下降时间tf Vin=VDD 线性区 Vin Vout 2. VOUT 从VDD-VTH 下降到 10%VDD N管的VDSVGS-VTH, 工作在线性区 * CMOS反相器的下降时间tf Vin=VDD Vin Vout 设VTN≈0.2VDD,则 下降时间由N管的尺寸决定 * CMOS反相器的上升时间tr Vin=0 Vin Vout 设|VTP|≈0.2VDD,则 上升时间由P管的尺寸决定 如果N管和P管尺寸相等,KP ≈ 0.5KN(μp ≈ 0.5 μ n),则tr ≈ 2tf,因此,若希望tr=tf,则WP ≈ 2WN * CMOS反相器延时的测量 环形振荡器 N阶反相器 N必须为奇数 T=2n*tpd T T=n*(tPHL+tPLH) 1 0 1 0 0 tPHL tPLH tPHL tPLH 通常用在测试电路中测试电路的工作速度 * MOS反相器的设计 反相器的设计主要是确定MOS管的宽度 对有比反相器: 对CMOS反相器: 1.根据VM确定尺寸 2.根据上升下降时间相等原则设计(WP/WN≈2:1) 根据VOL确定两管尺寸 集成电路CAD * 第4章 MOS反相器 MOS反相器的基本概念及静态特性 电阻型反相器 E/E MOS反相器 E/D MOS反相器 CMOS反相器 工作原理 CMOS反相器的静态特性 CMOS反相器的瞬态特性 MOS反相器的设计 三态反相器 * 一、MOS反相器的基本概念及静态特性 输出= 3.3v 3.3V 输入=0v 输入=3.3v 输出= 0v 3.3V 电流 OUTPUT INPUT 0 1 1 0 OUTPUT INPUT INPUT OUTPUT 1.MOS反相器基本概念 * VOH VOL Vout=Vin Vin Vout VIL VIH VM VOH:输出电平为逻辑”1”时的最大输出电压 VOL:输出电平为逻辑”0”时的最小输出电压 VIL:仍能维持输出为逻辑”1”的最大输入电压 VIH:仍能维持输出为逻辑”0”的最小输入电压 VM(逻辑阈值):输入等于输出 电压传输特性 * VOH VOL VIL VOH VIH VOL 噪声 最大允许 电压 噪声 最小允许 电压 * 高噪声容限 低噪声容限 不定区 VIH VIL 1 0 VOH VOL VNMH VNML Gate Output Gate Input VNML=VIL-VOL VNMH=VOH-VIH * 二、电阻负载型反相 器 VDD RL VIN=VGS VOUT=VDS 1. VIN=VOL≈0V时 N管截止 VOUT RL VDD VOUT=VDD 驱动管 负载 * 2. VIN=VOH≈V
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