D10FET数位电路1.pptVIP

Chapter 10 FET數位電路 本章重點一覽 10.1 數位反相器 雜訊邊距 傳輸延遲 功率損耗 延遲-功率乘積 10.2 簡單FET反相器 10.3 天才設計 —— CMOS反相器 本章重點一覽 10.4 CMOS反相器特性 電壓輸換曲線 雜訊邊距 功率損耗 傳輸延遲 延遲-功率乘積 扇出數 10.5 CMOS邏輯電路 反或閘 反及閘 異或閘 本章重點一覽 10.6 傳輸閘邏輯電路 10.7 反相器的應用 環型振盪器 反相放大器 簡單比較器 10.8 結語 10.1 數位反相器 數位反相器的電路符號 10.1 數位反相器 典型的反相器輸入電壓與輸出電壓的關係圖，稱為電壓轉換曲線(Voltage Transfer Curve, VTC) 10.1 數位反相器 VIH 及VIL定義為VTC中斜率等於 –1所對應的兩個輸入電壓 。 當 或 ，反相電路皆能正確將輸入電壓反相。 當 則進入模糊區間，此時反相電路無法將輸入電壓正確反相，是實際應用時必須避免發生的情況。 10.1 數位反相器 雜訊邊距 低電位雜訊邊距(low-level noise margin)： 高電位雜訊邊距(high-level noise margin)： 實用上NMH 及NML愈大，表示電路愈不容易受雜訊影響，即電路愈穩定。 10.1 數位反相器 傳輸延遲 10.1 數位反相器 傳輸延遲 整體電路的傳輸延遲(tp)則取其平均值： tp愈小代表元件的反應速度愈快，表示單位時間內能處理的資料量愈大。 10.1 數位反相器 功率損耗 靜態功率損耗(static power consumption)：是指輸出端穩定地處於高電位或低電位時，電路所消耗的功率。 動態功率損耗(dynamic power consumption)：是指輸出端在高低電位轉換期間，電路所消耗的功率。 CMOS反相器的靜態功率損耗為零，是它的一大優點。  10.1 數位反相器 延遲－功率乘積(delay-power product)： 這個參數讓工程師能以客觀的方式，來比較不同電路在速度及功率兩方面合併考量下的優劣。因此以新的技術或設計降低 DP值才是工程師努力的方向。 10.2 簡單FET反相器 由一顆n-channel FET加一電阻R所組成： 10.2 簡單FET反相器 10.2 簡單FET反相器 從功率損耗上考量，我們希望R愈大愈好；從速度上考量，我們希望R愈小愈好；所以FET反相器在實用上卻面臨功率損耗和速度兩者無法兼顧的困境。  10.3 天才設計-CMOS反相器 由n-channel MOSFET及 p-channel MOSFET組合而成，兩者具有互補作用，故稱為Complementary MOS(CMOS)。 10.3 天才設計-CMOS反相器 CMOS反相器的工作原理： 當Vi = VDD時，Qn導通Qp不導通，Qn等效上像一顆電阻RON，但由於Qp不導通，所以： 當Vi = 0V時，Qp導通Qn不導通，QP導通時等效上像一顆電阻RON，但由於Qn不導通，所以： 10.3 天才設計-CMOS反相器 當Vi = VDD時，Qn導通但Qp不導通，故電源不需提供任何電流，即功率損耗為零。 當Vi = 0V時，Qp導通且Qn不導通，VDD經由Qp向輸出端寄生電容C充電。由於Qp的 RON很小，故充電速度很快。 所以CMOS在功率損耗和速度兩方面都很理想。 10.4 CMOS反相器特性 電壓轉換曲線 10.4 CMOS反相器特性 電壓轉換曲線 理論上我們可以算出在VTC上斜率為 ?1所對應的兩個輸入電壓，即VIL及VIH；而正常的輸出高低準位分別為VOL及VOH ： 10.4 CMOS反相器特性 雜訊邊距： CMOS反相器在高低電位有相同的雜訊邊距 10.4 CMOS反相器特性 靜態功率損耗： 當Vi = 0V，Vo = VDD，沒有電流由power supply流出，所以P = 0。 當Vi = VDD，Vo = 0V，由於Qp不導通，同樣沒有電流由power supply流出，故P = 0。 所以不管輸出電壓在高電位或低電位，整個電路不消耗任何功率，因此靜態功率損耗為零。