MOS反相器的分类及构成.ppt

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1、第7章MOS反相器MOS反相器的分类Vi为低电平VOL时，MI截止VDDVOH=VDDVi为高电平VOH时，MI非饱和RLVo(VDD–VOL)/RL=KI[2(VOH-VTI)VOL-VOL2]ViMIVDDVOL1+2KIRL(VOHVTI)oxoW其中:KI=()2toxLVDDVOL1+2KIRL(VOHVTI)VDDRL若小：VOL高，功耗大，tr小;VoVOHRLVoRL减小W/L若小(即KIVi小)：VOL高，功MN耗小，tf大。VOL0VILVIHViVi为低电平VOL时,MI截止,ML

2、饱和VDDVOH=VDDVTLMLVi为高电平VOH时,MI非饱和,ML饱和KL(VDD-VOL-VTL)2=KI[2(VOH-VTI)VO-VO2]VoViM(VDDVTL)2IVOL有比电路2R(VOHVTI)KI(W/L)I其中：R=KL=(W/L)LVDDMLVoViMIVo(1)VOH比电源电压VDDVDD低一个阈值电(KI/KL)压Vt（有衬底偏R减小值效应）；MLVi(2)VOL与R有关，为有比电路；VoViM(3)ML和MI的宽长比分别影响tr和tf。I(4)上升过程由于负载管逐渐接近

3、截止，tr较大。selfloading自举电路VDDMB预充偏置管MBMLC自举电容CBBVoMEVi饱和型负载NMOS反相器VDD初始状态：VI=VOH，Vo=VOLMBMB、ML饱和、ME非饱和VGLMLVGL=VDDVTBCBVo(VDDVTBVTL)2VOL2R(VOHVTE)ViMEKE(W/L)E其中：R==KL(W/L)L有比电路VDD自举过程：Vi变为VOL,ME截止,Vo上升，MBVGL随Vo上升(电容自举)，VGLMLMB截止,ML逐渐由饱和进入CB非饱和导通，上升速度加快。Vo自举

4、结果：ViMEtr缩短，VOH可达到VDD。VDD由于寄生电容CO的存在：VGLCO=VGSLCBMBVGL=VGSL+VoVGLML自举率定义：COCBVoVGL1==Vo1+Co/CBViMI应尽可能较小寄生电容Co，使达到80%以上。VDD自举电路中的漏电，会使自举电位VGL下降(尤其MBMA是低频)，最低可降到：VGLMLVGL=VDDVTB，因而ML变为饱和导通，输出VOHCBVo降低：VOH=VDDVTBVTLViMI为了提高输出高电平，加入上拉元件MA(或RA)。VDDMD为耗

5、尽型器件，VTD<0，MDME为增强型器件，VTE>0，ViVoVi为VOL时，ME截止，MD非饱和MEVOH=VDDVDDVi为VOH时，ME非饱和，MD饱和KD(0-VTD)2=MDKE[2(VOH-VTE)VOL-VOL2]VTD2VOL2R(VOHVTE)VoViMKE(W/L)EE其中：==RKD(W/L)L有比电路（近似于无比电路）VDD(1)VOH可达到电源电压VDD(2)VOL与R有关，但是VTD是MD关键的因素，近似于无比电路。(3)上升过程由于负载管由饱和VoViME逐渐进入非饱和，tr

6、缩短，速度快。CMOS反相器VDD反相器的逻辑符号VinVouttVinVoutVin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CMOS逻辑电路的特点（1）静态功耗极低（WnW）动态功耗与工作频率密切相关（P=CfV2）。动LDD（2）工作电源电压范围宽。（3）抗干扰能力强，其直流噪声容限一般可达到30%40%V。DD（4）逻辑摆幅大（VV）。ssDD（5）输入阻抗高（1081010）。（6）扇出能力强。（扇出因子N可达50，但随着所

7、带电路数目0的增多，工作速度有所下降）。Vi为VOL时，MN截止，MP非饱和VDD-Kp[2(VOL-VDD-VTP)(VOH-VDD)M–(VOH-VDD)2]=0PViVoVOH=VDDVi为VOH时，MN非饱和，MP截止MNKn[2(VOH-VTN)VOL-VOL2]=0VOL=0无比电路VOH-VOL=VDD最大逻辑摆幅，且输出摆幅与p管、n管W/L无关（无比电路）。NMOStransistor,0.25um,Ld=0.25um,W/L=1.5,VDD=2.5V,VT=0.4VPMOStransistor

8、,0.25um,Ld=0.25um,W/L=1.5,VDD=2.5V,VT=-0.4VØ使Vin,Vout,和IDn在同一个坐标系IDnIDSp=-IDSnVGSn=Vin;VGSp=Vin-VDDVDSn=Vout;VDSp=Vout-VDDVoutVin=0Vin=0Vin=1.5Vin=1.5VGSp=-1Mirroraroundx-ax