cmos反相器的分析与设计

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1、第3章CMOS反相器的分析与设计第3章CMOS反相器的分析与设计3.1CMOS反相器的结构和基本特性3.2CMOS反相器的直流特性3.3CMOS反相器的瞬态特性3.4CMOS反相器的设计23.1CMOS反相器的结构和基本特性NMOS管的衬底接地，PMOS管的衬底接VDD。输入端——栅极输出端——？极如何判断分析器中NMOS和PMOS器件的源漏区？是否有衬偏效应？34CMOSInverter特点：Vin作为PMOS和NMOS的共栅极；Vout作为共漏极；VDD作为PMOS的源极和体端；GND作为NMOS的源极和体端V

2、Vinout反相器的逻辑符号3.1CMOS反相器的结构和基本特性若输入为“1”(Vin=VDD)：VGSN=VDD，VGSP=0VNMOS导通，PMOS截止输出“0”(Vout=0V)53.1CMOS反相器的结构和基本特性若输入为“0”(Vin=0V)：VGSN=0V，VGSP=－VDDNMOS截止，PMOS导通输出“1”(Vout=VDD)63.1CMOS反相器的结构和基本特性无比电路数字电路中作为开关使用(导通电阻、截止电阻)NMOS——下拉开关，PMOS——上拉开关73.2CMOS反相器的直流特性3.2.1直

3、流电压传输特性3.2.2直流转移特性3.2.3直流噪声容限83.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性输出电平与输入电平之间的关系：直流电压传输特性(VTC)NMOS与PMOS可以同时导通：并始终有如下关系：93.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性Vin=VTN的垂直线：NMOS截止/导通Vin=VDD+VTP的垂直线：PMOS导通/截止Vin－VTN=Vout的斜线：NMOS饱和区/线性区Vin－VTP=Vout的斜线：PMOS线性区/饱和区103.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性(1)0≤Vin≤VT

4、N，NMOS截止，PMOS线性Vin在一定范围变化(0～VTN)，Vout始终保持VDD。113.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性(2)VTN

5、逻辑阈值电平(转换电平)，VTC垂直下降如果VTN=-VTP，KN=KP，则Vit=VDD/2，Vout/Vin趋向于无穷大。143.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性(4)Vout+VTN

6、VTN的垂直线：NMOS截止/导通Vin=VDD+VTP的垂直线：PMOS导通/截止Vin－VTN=Vout的斜线：NMOS饱和区/线性区Vin－VTP=Vout的斜线：PMOS线性区/饱和区17183区的高度为两个阈值之和VoltageTransferCharacteristic(VTC)VDDVVinoutVout+VTP=VinVout+VTN=Vin3.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性理想VTC曲线：(1)为输出高电平区，(2)、(3)、(4)为转变区，(5)为输出低电平区。其中(3)表现为垂线段。实

7、际VTC曲线：(3)不再是垂线段；偏移。193.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性VTC的偏移：203.2.2CMOS反相器的直流转移特性直流转移特性：直流导通电流Ion随Vin的变化而发生的变化VTC的输出高/低电平区：Ion=0VTC的转变区：Ion≠0Vin=Vit时，Ion达到最大值：213.2.3CMOS反相器的直流噪声容限直流噪声容限：允许的输入电平变化范围由单位增益点确定噪声容限：在VTC的(2)区和(4)区，分别可以找到增益为1的位置；分别作为输入低电平的最大值VILmax和输入高电平的最小值V

8、IHmin；223.2.3CMOS反相器的直流噪声容限如果Kr=1,VTN=－VTP=VT采用对称设计的CMOS反相器有相同的输入高电平和输入低电平的噪声容限。233.2.3CMOS反相器的直流噪声容限由逻辑阈值确定噪声容限：若Vit=VDD/2，VNHM=VNLM＝VDD/2。实际情况，VNHMVNLM，最大直流噪声容限由min{VNHM,VNLM}决定