cmos反相器的分析与设计.ppt

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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反相器的设计北京大学微电子学系贾嵩201023.1CMOS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？北京大学微电子学系贾嵩201034CMOSInverter特点：Vin作为PMOS和NMOS的共栅极；Vout作为共漏极；VDD作为PM

2、OS的源极和体端；GND作为NMOS的源极和体端VVinout反相器的逻辑符号北京大学微电子学系贾嵩20103.1CMOS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)北京大学微电子学系贾嵩201053.1CMOS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)北京大学微电子学系贾嵩201063.1CMOS反相器的结构和基本特性无比电路

3、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——上拉开关北京大学微电子学系贾嵩201073.2CMOS反相器的直流特性3.2.1直流电压传输特性3.2.2直流转移特性3.2.3直流噪声容限北京大学微电子学系贾嵩201083.2.1CMOS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：北京大学微电子学系贾嵩201093.2.1CMOS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+

4、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/饱和区北京大学微电子学系贾嵩2010103.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性(1)0≤Vin≤VTN，NMOS截止，PMOS线性Vin在一定范围变化(0～VTN)，Vout始终保持VDD。北京大学微电子学系贾嵩2010113.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性(2)VTN

5、例因子。北京大学微电子学系贾嵩2010123.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性(3)Vout+VTP≤Vin≤Vout+VTN，NMOS饱和，PMOS饱和北京大学微电子学系贾嵩2010133.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性(3)Vout+VTP≤Vin≤Vout+VTN，NMOS饱和，PMOS饱和Vit：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。北京大学微电子学系贾嵩2010143.2.1CMOS反相器的直流电压传输特性(4

6、)Vout+VTN

7、/线性区Vin－VTP=Vout的斜线：PMOS线性区/饱和区北京大学微电子学系贾嵩201017183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。实际VTC曲线：(3)不再是垂线段；偏移。北京大学微电子学系贾嵩2010193.2.1CMOS反相器的直流电压传

8、输特性VTC的偏移：北京大学微电子学系贾嵩2010203.2.2CMOS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：北京大学微电子学系贾嵩2010213.2.