4MOS反相器.ppt

* 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 * 三态CMOS反相器 Vin Vout S S 符号 Vin Vout S S 电路图 低电平，高阻 用于多个电路模块共享一条数据总线的情形 * CMOS反相器中的功耗 CL Vdd n p 0 n管截止,p管导通,输出为“1” 0?1 n p管同时导通,输出从“1”?“0” 1 p管截止, n管导通,输出为“0” 1?0 0 1 CMOS反相器工作在两种状态 静止状态 电荷转移状态 （动态） * CL Vdd VDD 0 t V 1.当输入信号为0时： 输出保持1不变，没有电荷转移 3.当输入信号从0－1(发生跳变)时： 输出从“1”转变为“0”, 有电荷转移 0 1 2.当输入信号为VDD时： 输出保持0不变，没有电荷转移 CMOS反相器的功耗 动态功耗 静态功耗 * CMOS反相器的功耗 功耗组成： 1. 静态功耗 2. 动态功耗 1.静态功耗PS 输入 输出 输出 在输入为0或1（VDD)时，两个MOS管中总是一个截止一个导通，因此没有从VDD到VSS的直流通路，也没有电流流入栅极，因此其静态电流和功耗几乎为0。 Vin Vout * 考虑扩散区与衬底之间的反向漏电流后，存在较小反向漏电流 随着特征尺寸的减小，漏电流功耗变得不可忽视，减小漏电流功耗是目前的研究热点之一。 * 2.动态功耗PD 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 1. 短路电流功耗：在输入从0到1或者从1到0瞬变过程中，NMOS管和PMOS管都处于导通状态，此时存在一个窄的从VDD到VSS的电流脉冲，由此引起的功耗叫短路电流功耗。 CL Vdd 通常（开关频率较低时）为动态功耗的主要组成部分 2. 瞬态功耗：在电路开关动作时，对输出端负载电容进行放电引起的功耗。 * 瞬态功耗 Vin Vout CL Vdd E=CLVDD2 Pdyn=E*f=CLVDD2f 为减小功耗需要减小CL ,VDD 和f 动态（翻转）的能量和功耗：与驱动器件的电阻无关 每次翻转消耗的能量E * 短路电流功耗 Vin Vout CL Vdd Vout iC tp * * * * CMOS反向器的功耗表达式 P=fCLK · CL · VDD2+ ISC · △ tSC · VDD · fCLK+IDC · VDD+ILeak · VDD 在此：CL为负载电容，VDD为电源电压， ISC为穿通电流的平均值，△tSC为穿 通电流流过的时间 ，fCLK为时钟周期， IDC为直流电流，ILEAK为漏电流。 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