半導(dǎo)體集成線路4章1.MOS反相器

1、 2021-5-15 什么是反相器？什么是反相器？ 輸出輸出= 3.3v 3.3v 輸入輸入=0v輸入輸入=3.3v 輸出輸出= 0v 3.3v 電流電流 output input 01 10 outputinput input output 由由pmos和和nmos 所組成的互補(bǔ)型電路叫做所組成的互補(bǔ)型電路叫做 c：complementary cmos反相器反相器 outin vdd pmos nmos 典型典型cmos版圖版圖 outin vdd pmos nmos cmos反相器的基本特性 反相器中反相器中mos的工作區(qū)域的工作區(qū)域 電壓傳輸特性電壓傳輸特性vct vct詳解：詳解： v

2、ct詳解：詳解： vct詳解：詳解： 器件參數(shù)對(duì)直流特性的影響器件參數(shù)對(duì)直流特性的影響 直流轉(zhuǎn)移特性直流轉(zhuǎn)移特性 反相器的直流噪聲容限反相器的直流噪聲容限 2021-5-15 vohvolvilvohvihvol 噪聲噪聲 最大允許最大允許 電壓電壓 噪聲噪聲 最小允許最小允許 電壓電壓 噪聲容限（噪聲容限（noise margin） 噪聲容限的定義噪聲容限的定義 噪聲容限的定義噪聲容限的定義 數(shù)字電路的可恢復(fù)邏輯特性數(shù)字電路的可恢復(fù)邏輯特性 transit performance 直流特性和瞬態(tài)特性比較直流特性和瞬態(tài)特性比較 直流特性有助于我們理解反相器中器件的直流特性有助于我們理解反相器中

3、器件的 工作狀態(tài)和電路的噪聲特性工作狀態(tài)和電路的噪聲特性 瞬態(tài)特性，即輸入信號(hào)隨著時(shí)間變化過(guò)程瞬態(tài)特性，即輸入信號(hào)隨著時(shí)間變化過(guò)程 中，輸出信號(hào)的變化情況中，輸出信號(hào)的變化情況 瞬態(tài)特性決定著電路的速度瞬態(tài)特性決定著電路的速度 上升時(shí)間和下降時(shí)間的定義上升時(shí)間和下降時(shí)間的定義 n 分析上升時(shí)間的等效電路分析上升時(shí)間的等效電路 推導(dǎo)推導(dǎo)cmos反相器的上升時(shí)間反相器的上升時(shí)間 上升過(guò)程充電電流的變化上升過(guò)程充電電流的變化 分析下降時(shí)間的等效電路分析下降時(shí)間的等效電路 反相器的傳輸延遲時(shí)間反相器的傳輸延遲時(shí)間 電路的工作速度取決于傳輸延遲時(shí)間電路的工作速度取決于傳輸延遲時(shí)間 定義：輸入信號(hào)變化定義

4、：輸入信號(hào)變化50到輸出信號(hào)變化到輸出信號(hào)變化50 的時(shí)間的時(shí)間 根據(jù)輸出信號(hào)情況，分為上升延遲和下降延遲根據(jù)輸出信號(hào)情況，分為上升延遲和下降延遲 時(shí)間時(shí)間 傳輸延遲時(shí)間：階躍輸入傳輸延遲時(shí)間：階躍輸入 輸入信號(hào)變化輸入信號(hào)變化5050到輸出信號(hào)變化到輸出信號(hào)變化5050的時(shí)間的時(shí)間 傳輸延遲：非階躍輸入近似傳輸延遲：非階躍輸入近似 cmos反相器的負(fù)載電容反相器的負(fù)載電容 電路的最高工作頻率電路的最高工作頻率 環(huán)形振蕩器及其頻率環(huán)形振蕩器及其頻率 用環(huán)形振蕩器測(cè)量傳輸延遲時(shí)間：用環(huán)形振蕩器測(cè)量傳輸延遲時(shí)間： 環(huán)形振蕩器及其頻率環(huán)形振蕩器及其頻率 cmoscmos反相器的設(shè)計(jì)反相器的設(shè)計(jì) 反相

5、器的噪聲容限反相器的噪聲容限 反相器的噪聲容限反相器的噪聲容限 反相器的速度反相器的速度 反相器的面積反相器的面積 反相器的功耗反相器的功耗 對(duì)反相器的設(shè)計(jì)，就是在給定的工藝條件對(duì)反相器的設(shè)計(jì)，就是在給定的工藝條件 下，對(duì)反相器的噪聲容限、速度、面積等下，對(duì)反相器的噪聲容限、速度、面積等 因素綜合考慮后，得到因素綜合考慮后，得到wp和和wn。 對(duì)稱反相器具有最大的噪聲容限和相等的對(duì)稱反相器具有最大的噪聲容限和相等的 上升和下降延遲，因此，在沒(méi)有具體設(shè)計(jì)上升和下降延遲，因此，在沒(méi)有具體設(shè)計(jì) 要求情況下是相對(duì)優(yōu)化的設(shè)計(jì)。要求情況下是相對(duì)優(yōu)化的設(shè)計(jì)。 反相器的設(shè)計(jì)反相器的設(shè)計(jì)綜合綜合 反相器設(shè)計(jì)例題

6、：反相器設(shè)計(jì)例題： 求解過(guò)程：上升時(shí)間求解過(guò)程：上升時(shí)間-pmos 求解過(guò)程：下降時(shí)間求解過(guò)程：下降時(shí)間nmos（類似（類似pmos的）的） 解題思路：解題思路： -1.上升上升/下降時(shí)間公式和閾值電壓；下降時(shí)間公式和閾值電壓； -2.上升上升/下降時(shí)間常數(shù)；下降時(shí)間常數(shù)； -3.pmos/nmos的的k因子；因子； -4.pmos/nmos的寬長(zhǎng)比；的寬長(zhǎng)比； -5.其他其他 cmoscmos和和nmosnmos反相器結(jié)構(gòu)比較反相器結(jié)構(gòu)比較 輸出低電平時(shí)，存在導(dǎo)通電流，輸出低電平時(shí)，存在導(dǎo)通電流， 故靜態(tài)功耗較大。故靜態(tài)功耗較大。 1 1、飽和負(fù)載、飽和負(fù)載nmosnmos反相器反相器 m2源極電源極電 壓不斷變化壓不斷變化 直流傳輸特性直流傳輸特性 2