反相器及CMOS反相器性能分析ppt课件.ppt

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1、第5章MOS反相器MOS反相器的基本概念及静态特性电阻型反相器E/EMOS反相器E/DMOS反相器CMOS反相器工作原理CMOS反相器的静态特性CMOS反相器的瞬态特性MOS反相器的设计三态反相器2021/9/3一、MOS反相器的基本概念及静态特性输出=3.3v3.3V输入=0v输入=3.3v输出=0v3.3V电流OUTPUTINPUT0110OUTPUTINPUTINPUTOUTPUT1.MOS反相器基本概念2021/9/32.MOS反相器的静态特性VOHVOLVout=VinVinVoutVILVIHVMV

2、OH:输出电平为逻辑”1”时的最大输出电压VOL:输出电平为逻辑”0”时的最小输出电压VIL:仍能维持输出为逻辑”1”的最大输入电压VIH:仍能维持输出为逻辑”0”的最小输入电压VM（逻辑阈值）:输入等于输出电压传输特性2021/9/3噪声抑制与噪声容限VOHVOLVILVOHVIHVOL噪声最大允许电压噪声最小允许电压2021/9/3噪声抑制与噪声容限高噪声容限低噪声容限不定区VIHVIL"1""0"VOHVOLVNMHVNMLGateOutputGateInputVNML=VIL-VOLVNMH=VOH-V

3、IH2021/9/3基本逻辑运算电路-反相器1二、电阻负载型反相器VDDRLVIN=VGSVOUT=VDS1.VIN=VOL≈0V时N管截止VOUTRLVDDVOUT=VDD驱动管负载2021/9/32.VIN=VOH≈VDD时N管导通,可将MOS等效为可变电阻RMOSVDDRLVIN=VGSVOUT=VDSVDDRLIRVOUTRMOS若RL>>RMOS则VOUT≈02021/9/3电阻负载型反相器电压传输特性VDDRLVOUTVINVINVOUTRL增大2021/9/3基本逻辑运算电路-反相器1输入输出关于

4、负载电阻的讨论INPUTOUTPUT为了使反相器的传输特性好R负载驱动在驱动管开关断开时，负载电阻相对于开关的电阻足够小在驱动管开关闭合时，负载电阻相对于开关的电阻足够大MOS晶体管的导通电阻随管子的尺寸不同而不同，通常在K欧数量级，假设它为3K欧，负载电阻取它的10倍为30K欧，用多晶硅作负载电阻时，如多晶硅的线宽为2微米的话，线长需为2mm。占面积很大，因此通常用MOS管做负载2021/9/3基本逻辑运算电路-反相器2nninout介绍饱和MOS负载反相器Vds=Vgs>Vgs-Vth只要开通，则工作在饱和

5、区VIN0VOUT=VDD-VTHL当VGS=VDD-(VDD-VTHL)=VTHL时负载管关断驱动管截止VINVDD驱动管非饱和导通,负载管饱和导通为使VOL接近0，要求gmL<

6、ninoutMEMD三、E/DMOS反相器2021/9/3KR增大nninoutVDDE/DMOS反相器电压传输特性2021/9/3由PMOS和NMOS所组成的互补型电路叫做CMOSC：complementaryVinVout四、CMOS反相器已成为目前数字集成电路的主流2021/9/3CMOS反相器工作原理VinVout当输入电压Vin为高电平时，PMOS截止，NMOS导通，Vout=0当输入电压Vin为低电平时，PMOS导通，NMOS截止，Vout=VDDVOL=0VOH=VDD在输入为0或1（VDD)时，

7、两个MOS管中总是一个截止一个导通，因此没有从VDD到VSS的直流通路，也没有电流流入栅极，因此其静态电流和功耗几乎为0。这是CMOS电路低功耗的主要原因。CMOS电路的最大特点之一是低功耗。2021/9/3CMOS反相器的传输特性VDS=VoutVinVout-VGS=VDD-Vin-VDS=VDD-VoutVGS=VinNMOSVinVout非饱和▉▉PMOS(VDD-Vin)<-Vtp截止▉(VDD-Vin)+Vtp>VDD-Vout非饱和▉▉

8、(VDD-Vin)+VtpVin>Vout＋VtpVin>Vout＋VtnVtn