传输门基本特性

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1、1第四章基本单元电路4.7传输门基本特性2MOS传输门逻辑电路NMOS/PMOS传输门特性CMOS传输门特性传输门的级联NMOS传输门的电平恢复3MOS传输门结构NMOS传输门PassTransistor源、漏端不固定双向导通CMOS传输门TransmissionGateNMOS,PMOS并联源、漏端不固定栅极接相反信号两管同时导通或截止CMOS反相器NMOS,PMOS串联源端接固定电位、漏端输出栅极接相同信号两管轮流导通或截止4NMOS传输门传输高电平特性源端(G)(D)(s)VD=VG,器件始终处于饱和区,直到截止（类似于饱和负载的特性）Vin=VDD,Vc=VDD5NMOS传输高

2、电平输出电压：有阈值损失工作在饱和区，但是电流不恒定衬偏效应增加阈值损失减小电流低效传输高电平(电平质量差，充电电流小)Vin=VDD,Vc=VDD，Vout＝VDD－Vth6NMOS传输门传输低电平特性漏端(G)(s)(D)Hints:器件先处于饱和区，后处于线性区（类似于CMOS反相器中的NMOS管）Vin=0,Vc=VDD7NMOS传输低电平输出电压：没有阈值损失先工作在饱和区，后进入线形区没有衬偏效应高效传输低电平（电平质量好，充电电流大）Vin=0,Vc=VDD，Vout＝08NMOS传输高电平和低电平由于工作状态不同，以及衬偏效应的影响NMOS传输高电平过程的等效电阻近似为

3、传输低电平时的2-3倍9PMOS传输门传输特性漏端(G)(s)(D)传输高电平情况传输低电平情况器件先处于饱和区，后处于线性区器件始终处于饱和区,直到截止10NMOS/PMOS传输门：RC延迟沿用反相器部分的分析模型，宽度为W的PMOS导电因子为K，等效电阻为R0，漏电容为C0，并有迁移率2倍近似如果负载电容只有传输管的漏电容，则宽度为W/2的NMOS的传输延迟：多级串联的传输门可以根据集总或者elmore模型计算11传输管（NMOS/PMOS传输门）结构简单有阈值损失NMOS高效传输低电平，低效传输高电平PMOS载流子迁移率小，NMOS传输门应用更多12MOS传输门逻辑电路NMOS/

4、PMOS传输门特性CMOS传输门特性传输门的级联NMOS传输门的电平恢复13CMOS传输门传输高电平特性传输高电平分为3个阶段：（1）NMOS和PMOS都饱和；（2）NMOS饱和,PMOS线性；（3）NMOS截止,PMOS线性。14CMOS传输门传输低电平特性传输低电平分为3个阶段：（1）NMOS和PMOS都饱和；（2）NMOS线性,PMOS饱和；（3）NMOS线性,PMOS截止。15CMOS传输门直流电压传输特性CLVVDDoutVin始终有一个器件是导通的，可以传输全摆幅的信号16CMOS传输门导通电流的变化传输高电平传输低电平CLVVCoutVin17CMOS传输门导通电阻的变化

5、传输延迟时间传输低电平18CMOS传输门：RC延迟利用高效电阻为低效电阻一半的结论对称设计：Kn＝Kp＝2K，Wp＝2Wn＝2W，Rn＝Rp＝R0/2如果负载电容只有传输管的漏电容，则传输延迟：相同尺寸：Wp＝Wn＝W，Kn＝2Kp＝2K，Rn＝Rp/2＝R0/2，则传输延迟：CMOS传输门NP器件宽度相同为最优CLVVCoutVin19MOS传输门逻辑电路NMOS/PMOS传输门特性CMOS传输门特性传输门的级联NMOS传输门的电平恢复20传输门的级联：RC网络V1Vi-1C2.52.500ViVi+1CC2.50Vn-1VnCC2.50InV1ViVi+1CVn-1VnCCInRe

6、qReqReqReqCC(a)(b)CReqReqCCReqCCReqReqCCReqCInm(c)21DelayOptimization平方增加线性增加传输门级联最多3－4个，再多则需要插入缓冲器22MOS传输门逻辑电路NMOS/PMOS传输门特性CMOS传输门特性传输门的级联NMOS传输门的电平恢复23NMOS传输高电平：阈值损失00.511.520.01.02.03.0Time[ns]Voltage[V]xOutIn24NMOS传输门A=2.5VBC=2.5VCLA=2.5VC=2.5VBM2M1Mn阈值损失降低了噪声容限，并引起静态短路功耗可以采用CMOS传输门，但是结构复杂V

7、Bdoesnotpullupto2.5V,but2.5V-VTN25NMOS传输门:电平恢复器件M2M1MnMrOutABVDDVDDLevelRestorerX•Advantage:FullSwing•Restoreraddscapacitance,takesawaypulldowncurrentatX•Ratioproblem26RestorerSizing01002003004005000.01.02.0W/Lr=1.0/0.25W/Lr