电路设计基础资料课件.ppt

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1、2.1晶体管知识简介2.2MOS晶体管开关2.3基本的CMOS逻辑门2.4逻辑设计相关基础知识简介习题第2章CMOS电路设计基础代替体积大、功率消耗大的电子管电子管：2.1晶体管知识简介由抽成几近真空的玻璃（或金属，陶瓷）外壳及封装在壳里的灯丝，阴极和阳极组成。晶体管：体积小，功耗低，成本低，能大规模生产晶体管的发明贝尔实验室的第一个晶体管和目前已经集成9.65亿个晶体管的AMDRV770显示核心晶圆晶体管的发明该晶体管不太好做成产品，一个锗片上放着金属丝，结构比较复杂同一年，肖克莱利用平面工艺的方法，就是说在硅平面上用扩散、掩膜等方法，

2、也做成一个同样性能的晶体管，实现了晶体管大规模生产晶体管的发明晶体管被取名为trans-resister(转换电阻)，后来缩写为transistor1956年，肖克莱、巴丁、布拉顿三人因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。晶体管之父WilliamShockley晶体管和电子管比较①晶体管的构件是没有消耗的。电子管，会因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍，称得起永久性器件的美名。②晶体管消耗电能极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一③晶体管不需预热，一开机就工作。电子管开机后，非得等一会儿才听得到

3、声音，看得到画面④晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。⑤另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管和电子管比较2.晶体管的分类按半导体材料：硅、锗按极性：NPN,PNP按结构及制造工艺：扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管双极型晶体管，场效应管2.2MOS晶体管开关CMOS简介MOS晶体管(金属-氧化物-半导体场效应管)是构成CMOS电路的基本元件，可分为NMOS和PMOS晶体管两种。NMOS晶体管和PMOS晶体管组合在一起，两者互为

4、补充，构成互补MOS(CMOS)。其实CMOS是芯片的一种制作工艺。2.2MOS晶体管开关NMOSNMOS晶体管由埋在P型衬底中的N型漏区和源区构成。源、漏之间的电流是由通过源极和漏极之间的N型导电沟道中的电子形成的。NMOS晶体管的结构图和电路符号图2.2MOS晶体管开关PMOSPMOS晶体管由埋在N型衬底中的P型漏区和源区构成。源、漏之间的电流是由通过源极和漏极之间的P型导电沟道中的电子形成的。PMOS晶体管的结构图和电路符号图基本电路结构：MOS器件结构基本电路结构：CMOS基本电路结构：CMOSCMOS结构2.2MOS晶体管开关C

5、MOS简介NMOS的衬底总是接逻辑“0”电平,当NMOS的栅极接逻辑“1”电平的时候，NMOS导通PMOS的衬底总是接逻辑“1”电平,当栅极接逻辑“0”电平的时候，PMOS导通NMOS晶体管的栅极看起来像是“1”，而PMOS晶体管的栅极看起来像是“0”2.2MOS晶体管开关2.2.1独立晶体管开关NMOS晶体管和PMOS晶体管可以看做是一个压控式开关，栅极上所加的电压控制晶体管的“开”或者是“关”。晶体管的开关模型2.2MOS晶体管开关当NMOS的栅极加逻辑“1”电平，开关“闭合”或者“导通”，源极和漏极被连接起来，如果传递高电平“1”，

6、那么电压经过开关后会降一些。通常用NMOS晶体管传递逻辑“0”电平，而用PMOS晶体管传递逻辑“1”电平。NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。沟道长L、沟道宽W沟道长度L：为漏源之间栅的尺寸，一般其最小尺寸即为制造工艺中所给的特征尺寸

7、（如0.25μm工艺即表示其沟道的最小长度为0.25μm左右）沟道宽度W：为垂直于沟道长度方向的栅的尺寸2.2MOS晶体管开关NMOS和PMOS的电阻模型MOS管的W越宽，L越短，MOS的等效电阻越小，开关速度越快MOS管的尺寸决定了开关速度晶体管和的电阻模型2.2MOS晶体管开关在设计版图的时候，晶体管的尺寸要与电路设计的晶体管的尺寸保持一致在电路图中要把晶体管的尺寸标注出来晶体管的尺寸包括长度和宽度在电路图中晶体管的长度是可以省略不标的。标注器件尺寸的MOS晶体管晶体管尺寸在电路图中的标注2.2MOS晶体管开关复合开关模型2.3基本的

8、CMOS逻辑反相器与非门或非门传输门2.3.1反相器　　反相器(Inverter)的功能就是将输入的信号反相输出。反相器的真值表CMOS反相器反相器的尺寸标注方法2.3.2CMOS与非门当所