CMOS集成电路基础知识
《CMOS集成电路基础》课件
NMOS
当输入为0时，导通；当输入为1时，截止。
输出
输出反相的输入信号。
CMOS电路组成：CMOS传输门
1 输入端
接收多个输入信号。
3 PMOS
通过开关和截止的方式传递输入信号。
2 NMOS
通过开关和导通的方式传递输入信号。
4 输出端
输出根据输入信号进行逻辑运算的结果。
晶圆切割
将完成的硅片切割成晶圆，以便后续封 装和测试。
CMOS电路组成：MOS管
N沟道MOS管（NMOS）
由N型沟道和P型沟道构成，可以实现电流的传输和 放大。
P沟道MOS管（PMOS）
由P型沟道和N型沟道构成，用于控制电流的开关。
CMOS电路组成：CMOS反相器
输入
接收输入信号（0或1）。
PMOS
CMOS电路组成：CMOS与门
1
输入A
接收输入信号A。
输入B
2
接收输入信号B。
3
NMOS
当输入A为1且输入B为1时，导通。
PMOS
4
Байду номын сангаас
当输入A为0且输入B为0时，导通。
CMOS电路组成：CMOS或门
1
输入A
接收输入信号A。
输入B
2
接收输入信号B。
3
NMOS
当输入A为1且输入B为1时，截止。
PMOS
CMOS的基本工艺流程
1
清洗和蚀刻
2
对硅片进行清洗和蚀刻，去除杂质和氧
化物，并形成特定的表面。
3
沉积
4
在硅片上沉积各种材料，如金属、氧化
物和多晶硅等，用于构建电路的不同部
CMOS模拟集成电路设总复习
I VT ln(n) R1
Vout
mR2 R1
VT
ln(n) VEB3
Vout 2 ln(n) k VEB3 2m ln(n) 8.67 102 2.2 0
T
q T
只要满足右式的所有m，n均可 mln(n) 12.7
知识点
1.MOS器件原理 2.电流镜 3.带隙基准 4.反相器（三种类型） 5.差分放大器 6.共源共栅放大器 7.输出放大器 8.运算放大器
0.7
0.91V
M1饱和：VDS1 VGS1 VT
Vb VGS2 VGS1 VT
Vb VGS1 VGS2 VT
2I REF
K ' (W / L)2
2I REF K '(W / L)1
VT
2 0.1103
2 0.1103
110106 40 0.7 110106 40
1.11V
例题
L
COX
OX
tOX
K': 跨导参数
K ' COX 0
MOS管的大信号模型
饱和区电流（以NMOS为例）：
iD
K'
W 2L
(vGS
VT
)2
线性区电流（以NMOS为例）：
iD
K'W L
[(vGS
VT
)
( vDS 2
)]vDS
PMOS的饱和区和线性区电流表达式？
小信号模型
MOS管的小信号模型
输出电阻
VSG3 VDD VICmax VTN 2.5 2 0.7 1.2
VSG3
K 'P
2ID (W /
L)3
| VTP
| 1.2
CMOS电路基础原理
CMOS电路基础原理CMOS（互补金属氧化物半导体）电路是现代电子领域中常用的集成电路设计技术。
它在数字逻辑电路和模拟电路中广泛应用，并且具有低功耗、高集成度以及较强的抗干扰能力等优点。
本文将介绍CMOS电路的基础原理。
一、CMOS电路结构CMOS电路由N沟道金属氧化物半导体场效应管和P沟道金属氧化物半导体场效应管构成。
N沟道和P沟道管具有互补的传输特性，能够有效降低功耗。
CMOS电路结构包括传输门、组合逻辑电路和时钟电路等。
1. 传输门传输门是CMOS电路的基本单元，常见的有与门、或门以及非门等。
与门由一对并联的P沟道和N沟道管组成，当且仅当两个输入信号同时为高电平时，输出为高电平。
或门由一对串联的P沟道和N沟道管组成，当且仅当两个输入信号中至少一个为高电平时，输出为高电平。
非门由两个逆并联的P沟道和N沟道管组成，当输入信号为高电平时，输出为低电平。
2. 组合逻辑电路CMOS电路中的组合逻辑电路包括与非门、异或门等。
与非门由与门和非门级联而成，输入信号经过与门进行与操作，然后再经过非门进行取反操作。
异或门由与非门和异或非门级联而成，输入信号经过与非门进行与非操作，然后再经过异或非门进行异或操作。
3. 时钟电路CMOS电路中的时钟电路包括振荡电路和触发器等。
振荡电路用于产生稳定的时钟信号，常见的电路有RC振荡电路和LC振荡电路等。
触发器用于存储和传输信息，常见的触发器有RS触发器、D触发器以及JK触发器等。
二、CMOS电路工作原理CMOS电路的工作原理基于PN结和MOSFET的特性。
当控制电压施加于PN结时，PN结正向偏置导通，反向偏置截止。
同时，对于MOSFET来说，当栅极电压低于阈值电压时，沟道断开；当栅极电压高于阈值电压时，沟道导通。
CMOS电路中，P沟道MOSFET和N沟道MOSFET的栅极交替连接，形成互补对。
当输入信号为低电平时，P沟道MOSFET导通，N 沟道MOSFET截止；当输入信号为高电平时，P沟道MOSFET截止，N沟道MOSFET导通。
CMOS 概述 (一)
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是低功耗。
由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路（IC）后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃。
MOS是:金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P 型MOS管和N型MOS管之分。
由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC（ Complementary MOS Integrated Circuit）。
目前数字集成电路按导电类型可分为双极型集成电路（主要为TTL）和单极型集成电路（CMOS、NMOS、PMOS等）。
CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦（nw）数量级。
CMOS发展比TTL晚，但是以其较高的优越性在很多场合逐渐取代了TTL。
以下比较两者性能，大家就知道其原因了。
1.CMOS是场效应管构成，TTL为双极晶体管构成2.CMOS的逻辑电平范围比较大（5～15V），TTL只能在5V下工作3.CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强，TTL则相差小，抗干扰能力差4.CMOS功耗很小，TTL功耗较大（1～5mA/门）5.CMOS的工作频率较TTL略低，但是高速CMOS速度与TTL差不多相当。
集成电路中详细信息：1,TTL电平：输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。
在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。
最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。
模拟CMOS集成电路设计复习提纲
物理验证与DRC/LVS检查
01
02
03
物理验证
检查版图是否符合工艺要 求，确保可制造性。
DRC检查
进行设计规则检查，确保 版图满足工艺要求。
LVS检查
进行电路原理图与版图一 致性检查，确保两者匹配。
03
CMOS集成电路的模拟技 术
SPICE模拟器简介
1
SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：一种用于模拟和分析集成 电路性能的软件工具。
新工艺
新型工艺技术如纳米压印、电子束光刻等不断涌现，这些新工艺能够制造更小尺寸的集成电路，提高集成度并降 低制造成本。
集成电路的可扩展性挑战
制程节点
随着集成电路制程节点不断缩小，制 程技术面临物理极限的挑战，如量子 隧穿效应、漏电等问题，需要探索新 的物理机制和制程技术。
异构集成
为了实现更高效能、更低功耗的集成 电路，需要将不同材料、不同工艺的 芯片集成在一起，形成异构集成技术， 这需要解决不同芯片之间的互连、兼 容等问题。
功耗优化
总结词
功耗优化旨在降低CMOS集成电路的功 耗，以提高芯片的能效和延长电池寿命 。
VS
详细描述
功耗优化主要通过降低晶体管导通电阻、 减小时钟信号功耗和优化电路结构来实现 。例如，采用低阻抗材料和工艺技术来降 低导通电阻，采用时钟门控技术来减小时 钟信号功耗，优化电路逻辑和结构等。这 些措施有助于降低功耗，提高能效，延长 电池寿命。
和规范，如元件选择、布线规则、版图设计等。
设计实践
02
结合具体的设计案例，分析可靠性设计的实际应用和效果，总
结经过实验和仿真等方法，对设计的可靠性进行验证和评估，确
CMOS集成电路设计基础
CMOS集成电路设计基础CMOS（亦称互补金属氧化物半导体）是一种常用的集成电路设计技术，它在数字电路中广泛使用。
本文将详细介绍CMOS集成电路设计的基础知识。
CMOS电路是由PMOS（P型金属氧化物半导体）和NMOS（N型金属氧化物半导体）晶体管组成的。
PMOS和NMOS的工作原理相反，当输入信号为高电平时，PMOS开关导通，NMOS截断；当输入信号为低电平时，PMOS截断，NMOS导通。
通过PMOS和NMOS的结合，可以实现高度集成的数字电路。
CMOS电路的优势主要体现在以下几个方面：1.功耗低：由于CMOS电路只有在切换时才消耗功耗，因此静态功耗基本可以忽略不计。
而且CMOS在开关时的功耗也非常低。
2.噪声低：CMOS电路的输出电平会受到两个晶体管开关阈值的影响，这样可以减小由于电流变化而引起的噪声。
3.集成度高：CMOS电路可以实现非常高的集成度，因为它的结构非常简单，只需要两种类型的晶体管。
1.逻辑门设计：逻辑门是CMOS电路的基本单元，它可以实现与门、或门、非门等逻辑运算。
逻辑门的设计要考虑功耗、速度和面积等因素。
2.布局设计：布局设计是将逻辑门按照一定的规则进行布置，以实现电路的高集成度和高性能。
布局设计需要考虑晶体管的相互影响，以及电路的信号延迟等因素。
3.时序设计：时序设计是指在设计中考虑到电路的时序特性，以满足时序约束。
时序设计需要考虑时钟频率、延迟等因素，以确保电路的正确操作。
4.电源和地设计：CMOS电路需要提供稳定的电源和地，以确保电路的正常运行。
电源和地的设计需要考虑电源噪声、电源提供能力等因素。
总之，CMOS集成电路设计基础知识包括逻辑门设计、布局设计、时序设计和电源地设计等方面。
了解这些基础知识，可以帮助我们理解和设计复杂的CMOS集成电路，提高电路的性能和可靠性。
模拟cmos集成电路设计第二版知识点总结
模拟cmos集成电路设计第二版知识点总结《模拟CMOS集成电路设计》第二版是由Behzad Razavi编写的一本关于模拟集成电路设计的经典教材。
本书主要介绍了模拟集成电路设计的基本原理、技术和方法，包括以下几个方面的知识点：1.CMOS技术基础：介绍CMOS技术的发展历程、基本概念和特点，以及MOSFET器件的工作原理、特性和参数。
2.单级放大器：讨论了单级放大器的基本结构、设计方法和性能指标，包括共源放大器、共栅放大器和共漏放大器等。
3.差分放大器：介绍了差分放大器的工作原理、性能指标和设计方法，以及如何利用差分放大器实现信号放大、电压参考和电流镜等功能。
4.运算放大器：详细阐述了运算放大器的设计原理、性能指标和实际应用，包括折叠式Cascode放大器、套筒式Cascode放大器和两级放大器等。
5.数据转换器：介绍了模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的基本原理、结构和设计方法，包括逐次逼近型ADC、闪存型ADC、Σ-Δ型ADC和R-2R梯形DAC等。
6.滤波器和振荡器：讨论了模拟滤波器的基本原理、设计和实现方法，包括有源RC滤波器、Gm-C滤波器和开关电容滤波器等；同时介绍了振荡器的工作原理、性能指标和设计方法，包括环形振荡器、LC振荡器和晶体振荡器等。
7.电源管理：阐述了线性稳压器、开关稳压器和电荷泵等电源管理电路的工作原理、性能指标和设计方法。
8.频率响应和稳定性：介绍了频率响应的基本概念、分析方法和设计技巧，以及如何利用频率补偿技术提高电路的稳定性。
9.噪声分析：讨论了噪声的来源、类型和影响因素，以及如何降低噪声对电路性能的影响。
10.非线性效应：介绍了非线性效应的基本原理、产生原因和影响，以及如何利用非线性效应实现特定的功能，如混频器、乘法器和倍频器等。
通过学习这些知识点，读者可以掌握模拟CMOS集成电路设计的基本原理、技术和方法，为进一步深入研究和实际应用打下坚实的基础。
模拟cmos集成电路设计知识点总结
模拟cmos集成电路设计知识点总结模拟CMOS集成电路设计是一个涉及多个学科领域的复杂课题，包括电子工程、物理、材料科学和计算机科学等。
以下是一些关键知识点和概念的总结：1. 基础知识：半导体物理：理解半导体的基本性质，如本征半导体、n型和p型半导体等。
MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）工作原理：理解MOSFET的基本构造和如何通过电压控制电流。
2. CMOS工艺：了解基本的CMOS工艺流程，包括晶圆准备、热氧化、扩散、光刻、刻蚀、离子注入和退火等步骤。
理解各种工艺参数对器件性能的影响。
3. CMOS电路设计：了解基本的模拟CMOS电路，如放大器、比较器、振荡器等。
理解如何使用SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）进行电路模拟。
4. 噪声：理解电子器件中的噪声来源，如热噪声、散粒噪声和闪烁噪声等。
了解如何减小这些噪声的影响。
5. 功耗：理解CMOS电路中的功耗来源，如静态功耗和动态功耗。
了解降低功耗的方法，如电源管理技术和低功耗设计技术。
6. 性能优化：理解如何优化CMOS电路的性能，如提高速度、减小失真和提高电源效率等。
7. 可靠性问题：了解CMOS电路中的可靠性问题，如闩锁效应和ESD（静电放电）等。
8. 版图设计：了解基本的版图设计规则和技巧，以及如何使用EDA（Electronic Design Automation）工具进行版图设计和验证。
9. 测试与验证：理解如何测试和验证CMOS集成电路的性能。
10. 发展趋势与挑战：随着技术的进步，模拟CMOS集成电路设计面临许多新的挑战和发展趋势，如缩小工艺尺寸、提高集成度、应对低功耗需求等。
持续关注最新的研究和技术进展是非常重要的。
以上是对模拟CMOS集成电路设计的一些关键知识点的总结，具体内容可能因实际应用需求和技术发展而有所变化。
深入学习这一领域需要广泛的知识基础和持续的研究与实践。
CMOS集成电路设计基础第二版教学设计
CMOS集成电路设计基础第二版教学设计1. 简介本教学设计旨在向学生介绍CMOS集成电路设计的基础知识，包括CMOS电路的基本原理、CMOS工艺流程、CMOS逻辑门设计、镜像电路和放大器设计等方面内容。
本教学设计适用于电子信息工程等相关专业的本科生。
2. 教学目标•理解CMOS电路的基本原理•熟悉CMOS工艺流程•能够使用CMOS逻辑门设计电路•熟悉镜像电路的原理和应用•理解放大器的基本原理和设计方法3. 教学内容和安排3.1 CMOS电路基本原理本部分将重点介绍CMOS电路的全称及其基本原理，采用讲解和讨论相结合的方式进行教学。
通过分析不同类型的CMOS电路的工作原理，学生能了解。
时间内容1学时课程介绍2学时CMOS电路的基本概念3学时CMOS电路的基本原理和特点4学时CMOS电路的应用案例3.2 CMOS工艺流程本部分将介绍CMOS电路的工艺流程，包括淀粉土法、半导体刻蚀、光刻和离子注入等设计中常用的工艺流程。
并通过展示样本，让学生深入认识CMOS电路设计的具体操作。
时间内容1学时CMOS工艺流程介绍2学时淀粉土法3学时半导体刻蚀4学时光刻及离子注入3.3 CMOS逻辑门设计本部分将介绍如何使用CMOS逻辑门进行电路设计，主要包括哪些逻辑门可以使用，如何实现逻辑门的输出以及如何构建复合逻辑门等方面内容。
时间内容1学时CMOS逻辑门基本概念2学时CMOS逻辑门实现原理3学时使用CMOS逻辑门设计电路4学时构建复合逻辑门3.4 镜像电路及放大器设计本部分将介绍镜像电路的基本原理和应用，同时讲解放大器的基本原理和常用的设计方法。
通过实际案例和实验，让学生深入理解镜像电路和放大器的性能和设计。
时间内容1学时镜像电路基本概念2学时镜像电路的应用案例3学时放大器的基本原理4学时放大器设计实验3.5 课程作业课后，将给学生布置一份与本门课程相关的综合作业，使学生在掌握基本理论知识的同时，加强对实际电路设计的理解和能力。
cmos集成电路原理
cmos集成电路原理
CMOS集成电路原理即互补金属氧化物半导体（CMOS）技术是一种半导体制造技术，它是将PMOS（p-type metal-oxide-semiconductor）和NMOS（n-type metal-oxide-semiconductor）晶体管结合使用的一种技术。
CMOS集成电路原理的设计目标是减少功耗，提高整个电路的性能，使得集成电路具有更高的集成度和更低的功耗。
在CMOS集成电路中，PMOS和NMOS是互补的，一个负责负电荷的控制，另一个负责正电荷的控制，由此产生更低的功耗。
具体来说，当输入为低电平（0）时，PMOS管开启，NMOS管关闭，输出为高电平（1）；当输入为高电平（1）时，PMOS管关闭，NMOS管开启，输出为低电平（0）。
这样的设计在静态状态下具有准确的输出逻辑响应。
CMOS集成电路的优点在于以下几个方面：
1. 低功耗：由于CMOS只有在切换时才会消耗功率，静态状态下几乎不消耗功耗，从而减少能量消耗。
2. 高集成度：CMOS集成电路可以集成大量的晶体管和电路元件，从而实现更复杂的电路功能。
3. 高速度：CMOS晶体管的开关速度很快，从而可以实现高速的信号处理和数据传输。
4. 抗干扰能力强：CMOS集成电路的输入和输出电阻高，抗干扰能力强，能够抵抗噪声和干扰信号。
总而言之，CMOS集成电路原理是基于PMOS和NMOS晶体管的互补原理，通过精确的控制电信号的状态来实现逻辑门的
功能。
它以低功耗、高集成度、高速度和抗干扰能力强等特点成为目前集成电路设计中最为常见的技术。
集成电路版图基础CMOS版图篇
集成电路版图基础CMOS版图篇
3、图形绘制
集成电路版图基础CMOS版图篇
英特尔65纳米双核处理器的扫描电镜(SEM)截面图
集成电路版图基础CMOS版图篇
常用图层
版图图层名称 Nwell Active Pselect Nselect Poly cc Metal1 Metal2 Via
含义 N阱 有源扩散区 P型注入掩膜 N型注入掩膜 多晶硅 引线孔 第一层金属 第二层金属 通孔
大尺寸器件普遍应用于：
缓冲器（buffer）、
运放对管、
VDD
系统输出级。
BIAS
IN
OUT
IN-
IN
IN+
OUT
OUT
GND 集成电路版图基础CMOS版图篇
buffer 对管
集成电路版图基础CMOS版图篇
缓冲器中的一级反相器
集成电路版图基础CMOS版图篇
运放对管
集成电路版图基础CMOS版图篇
集成电路版图基础CMOS版图篇
完整的MOS管版版图必须包含两个部 分：
a）由源、栅和漏组成的器件；
b）衬底连接。
源区、沟道区和漏区合称为MOS管的 有源区(Active），有源区之外的区域 定义为场区（Fox)。有源区和场区之 和就是整个芯片表面即基片衬底 （SUB）。
集成电路版图基础CMOS版图篇
集成电路版图基础CMOS版图篇
(2)最小间距 例如，金属、多晶、
有源区或阱都必须 保持最小间距。
集成电路版图基础CMOS版图篇
(3)最小包围 例如，N阱、N+离
子注入和P+离子注 入包围有源区应该 有足够的余量;多晶 硅、有源区和金属 对接触孔四周要保 持一定的覆盖。
详细的集成电路版图基础介绍-CMOS版图
(4)最小延伸 例如，多晶栅极
须延伸到有源区 外一定长度。
在符合设计规则的前 提下， 争取最小的版图面积
5、阱与衬底连接
通常将PMOS管的衬底接高电位（正压）； NMOS管的衬底接低电位（负压），以保 证电路正常工作
衬底材料导电性较差，为了保证接触的效 果，需要在接触区域制作一个同有源区类 似的掺杂区域降低接触电阻，形成接触区。
大面积的栅极与衬底之间有氧化 层隔绝，形成平板电容
栅电压降低
细长的C W LC0
MOS管栅极串联电阻值
R W / L R
S G
D
设计方法 （1）分段──
大尺寸MOS管分段成若干小尺寸MOS管。
(a) MOS管的W/L=200/1
CMOS集成电路版图基础
定义版图
什么是版图？ 集成电路制造工艺中，通过光刻和刻蚀将
掩膜版上的图形转移到硅片上。这种制造 集成电路时使用的掩膜版上的几何图形定 义为集成电路的版图。 版图要求与对应电路严格匹配，具有完全 相同的器件、端口、连线
一、单个MOS管的版图实现
栅极负责施加控制电压 源极、漏极负 责电流的流进 流出
MOS器件版图图层 ——NMOS
N型注入掩模——NSELECT 有源扩散区——ACTIVE 多晶硅栅——POLY 引线孔——CC 金属一——METAL1 通孔一——VIA 金属二——METAL2
结构图 立体结构和俯视图
多晶硅栅（POLY）
金属一（METAL1）
引线孔（CC）
N型注入掩模 （NSELECT）
a）由源、栅和漏组成的器件；
b）衬底连接。
源区、沟道区和漏区合称为MOS管的 有源区(Active），有源区之外的区域 定义为场区（Fox)。有源区和场区之 和就是整个芯片表面即基片衬底 （SUB）。
CMOS集成电路设计基础
CMOS集成电路设计基础CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 集成电路是当今数字电路设计中最常见的技术之一，具有低功耗、高集成度和抗干扰能力强等特点。
在CMOS集成电路设计中，需要掌握一些基础知识和技巧。
首先，了解CMOS集成电路的基本特点是非常重要的。
CMOS电路由PMOS（P-type Metal-Oxide-Semiconductor）和NMOS（N-type Metal-Oxide-Semiconductor）晶体管组成，通过它们的互补工作原理实现低功耗和高稳定性。
PMOS晶体管逻辑“1”时导通，NMOS晶体管逻辑“0”时导通，两者配合工作完成电路功能。
其次，掌握CMOS电路的基本逻辑门结构是设计中的重要一环。
常见的逻辑门包括与门、或门和非门等，通过组合它们可以实现复杂的逻辑功能。
而在实际设计中，需要注意逻辑门之间的布线和时序关系，确保电路能够正确高效地工作。
此外，了解CMOS电路中的时钟和触发器设计是至关重要的。
时钟信号在数字电路中扮演着同步和控制的重要角色，触发器则用于存储和传输信息。
在设计时钟和触发器时，需要考虑信号的稳定性、延迟时间和功耗等因素，保证电路的可靠性和性能。
最后，熟悉CMOS电路的布局与布线是设计过程中不可或缺的一部分。
合理的布局可以减小信号传输延迟和功耗，提高电路的可靠性和集成度。
而优化的布线则可以降低电路的电磁干扰和互感耦合，提高电路的抗干扰能力。
总的来说，CMOS集成电路设计基础包括对CMOS电路的基本特点、逻辑门结构、时钟和触发器设计以及布局与布线的全面了解。
只有掌握这些基础知识和技巧，才能设计出高性能、低功耗的CMOS集成电路。
希望以上内容对您有所帮助。
如果有任何问题，欢迎进一步交流讨论。
谢谢！。
cmos集成电路基础知识
Design of Analog CMOS Integrated CircuitsChapter 4(Differential Amplifiers)通过对第三章（单击放大器）的学习，我对一般单管结构放大器的分析和计算有了较好的理解，但是现在使用的电路一般都是差分结构的，包括我所研究的电荷泵这一块，大多数也是以差分结构呈现。
因此，理解好差分电路的重要性不言而喻。
4.1单端与差动的工作方式单端信号的参考电位为一固定电位（通常为地）。
差动信号定义为两个结点电位之差，且这两个结点的电位相对于某一固定电位大小相等，极性相反，严格说来，这两个结点与固定电位结点的阻抗也必须相等。
在差动信号中。
中心电位称为“共模”（CM）电平。
差动工作相比于单端工作有明显优势。
如图1，图2所示。
图1 差动工作减少耦合干扰图2 电源噪声对差动电路影响差动工作比单端具有的优势在于：对环境噪声具有更强的抗干扰能力；对电源电压的噪声有很好的抑制能力。
因为差动输出时，两个结点的电位作差，可以将受到的干扰抵消掉，从而有效地抑制噪声。
差动电路相对于单端电路还具有的优势是：偏置电路更简单和更高的线性度。
差动放大器的诸多优点已经基本弥补了面积增加的缺憾。
4.2基本差动对1、定性分析图3 基本差动对基本差动对如图3所示，先做定性分析。
研究12in in V V -从-∞到+∞时，差分对工作情况。
1）当1in V 比2in V 负很多时,1M 截止，2M 导通。
此时2D I =SS I ，1out V =DD V ，2out V =DD V -D R SS I 。
2）当1in V 比较接近2in V 时，1M 逐渐导通，SS I 中一部分电流分担到1M 上，而SS I =1D I +2D I ，所以1out V ，2out V 。
3）当12in in V V =时，1out V =2out V =DD V -D R /2SS I 。
后面当1in V 继续变大，2in V 变小时，和前面情况对称。
CMOS集成电路设计基础解读
MOS管的电流方程
NMOS在截止区、 线性区、 恒流区的电流方程
0 nCox 2 nCox 2
UGS<UTHN (截止区)
I DN
W L W L
2 UDS<UGS-UTHN [ 2 ( U U ) U U ] GS THN DS DS (线性区) 2 U GS U THN (1 nU DS )
CMOS集成电路设计基础 －MOS器件
MOS器件
G S W 多晶硅 D 氧化层
N＋ P型 衬 底
Lef f Ld raw n
N＋
LD
NMOS管的简化结构
制作在P型衬底上(P-Substrate, 也称bulk或body, 为了区别于源极 S， 衬底以B来表示)， 两个重掺杂N区形成源区和漏区， 重掺 杂多晶硅区(Poly)作为栅极， 一层薄SiO2绝缘层作为栅极与衬底 的隔离。 NMOS管的有效作用就发生在栅氧下的衬底表面——导电沟道 (Channel)上。 由于源漏结的横向扩散， 栅源和栅漏有一重叠长度为LD， 所以 导电沟道有效长度(Leff)将小于版图中所画的导电沟道总长度。 我们将用L表示导电沟道有效总长度Leff， W表示沟道宽度。 宽长比(W/L)和氧化层厚度tox这两个参数对MOS管的性能非常 重要。 而MOS技术发展中的主要推动力就是在保证电性能参数 不下降的前提下， 一代一代地缩小沟道长度L和氧化层厚度tox。
UDS=UGS-UTH 则沟 道在漏区边界上被 夹断， 因此该点电 压称为预夹断电压。 UDS>UGS-UTH 管子工
源区(N＋) 电流
漏区(N＋)
UD S＞UG S－UTH (恒流区)
作在恒流区， 此时若
CMOS集成电路基础知识
CMOS集成电路基础知识CMOS是ComplementaryMetal-OxideSemiconductor一词的缩写。
在业余电子制作中我们经常会用到它，这里系统、详细的介绍一些CMOS 集成电路基础知识及使用注意事项。
CMOS集成电路的性能及特点功耗低CMOS集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。
实际上，由于存在漏电流，CMOS电路尚有微量静态功耗。
单个门电路的功耗典型值仅为20mW，动态功耗（在1MHz工作频率时）也仅为几mW。
工作电压范围宽CMOS集成电路供电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。
国产CC4000系列的集成电路，可在3~18V电压下正常工作。
逻辑摆幅大CMOS集成电路的逻辑高电平“1”、逻辑低电平“0”分别接近于电源高电位VDD及电影低电位VSS。
当VDD=15V，VSS=0V时，输出逻辑摆幅近似15V。
因此，CMOS集成电路的电压电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。
抗干扰能力强CMOS集成电路的电压噪声容限的典型值为电源电压的45%，保证值为电源电压的30%。
随着电源电压的增加，噪声容限电压的绝对值将成比例增加。
对于VDD=15V的供电电压（当VSS=0V时），电路将有7V 左右的噪声容限。
输入阻抗高CMOS集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护网络，故比一般场效应管的输入电阻稍小，但在正常工作电压范围内，这些保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流，通常情况下，等效输入阻抗高达103~1011Ω，因此CMOS集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。
温度稳定性能好由于CMOS集成电路的功耗很低，内部发热量少，而且，CMOS电路线路结构和电气参数都具有对称性，在温度环境发生变化时，某些参数能起到自动补偿作用，因而CMOS集成电路的温度特性非常好。
cmos模拟集成电路设计基础
cmos模拟集成电路设计基础CMOS模拟集成电路（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Analog Integrated Circuit）是一种基于CMOS技术的模拟电路集成化设计。
以下是CMOS模拟集成电路设计的基础知识：1.CMOS技术：CMOS是一种集成电路制造技术，其中包含两种类型的晶体管：NMOS（N型金属氧化物半导体）和PMOS（P型金属氧化物半导体）。
通过将NMOS和PMOS 晶体管结合，可以实现低功耗、高集成度和高性能的模拟集成电路设计。
2.基本元件：CMOS模拟集成电路设计中使用的基本元件包括晶体管、电容器和电阻器。
NMOS和PMOS晶体管用于实现放大和开关功能，电容器用于存储电荷和控制频率响应，电阻器用于调整电路的工作条件。
3.偏置电路：CMOS模拟集成电路中的偏置电路用于提供恒定和稳定的电流或电压。
它包括电流镜（Current Mirror）电路和电压源（Voltage Reference）电路。
这些电路通过调整电流和电压的偏置，使电路在不同工作条件下具有可靠的性能。
4.放大电路：CMOS模拟集成电路中的放大电路用于增强输入信号的幅度。
放大电路通常由差分放大器（Differential Amplifier）和级联的共尺寸（Common-Source）放大器组成。
放大电路的设计需要考虑输入电阻、增益、带宽和稳定性等因素。
5.反馈电路：CMOS模拟集成电路中的反馈电路用于控制电路的增益和稳定性。
反馈电路通过将一部分输出信号反馈到输入端，调整输入和输出之间的关系，实现精确的控制和稳定性。
6.输出级：CMOS模拟集成电路的输出级用于驱动负载并提供所需的电流或电压。
输出级通常包括驱动电路和输出级晶体管。
7.噪声和功耗：在CMOS模拟集成电路设计中，需要注意噪声和功耗的控制。
减小噪声可以通过优化偏置电路和减小环境干扰来实现。
降低功耗可以通过优化电路结构、选择合适的电源电压和电流等方式来实现。
CMOS集成电路设计基础
UGN
Ui
UDD
UGP
Uo CL
UGN UGP
传输门电路及栅极控制电压波形
CMOS传输门的直流传输特性
CMOS传输门的直流传输特性如图 所示， 它不存在阈值损失问题： (1) 当UGN=“0”， UGP=“1”时， N管、 P管均截止， Uo=0。
(2) 当UGN=“1”, UGP=“0”时， Ui由“0”升高到“1”的过程分为以 下三个阶段(分析中， 设“1”为UDD=5Ｖ， “0”为接地(0 V）， UTHN=|UTHP|=0.9 V):
1. AB段 在AB段， 0<Ui<UTHN, IDN=0, N管截止， P管
非恒流(饱和)导通， 有
Uo=UOH=UDD 2. BC段
UTHN<Ui<Uo+|UTHP| 即
UGDP=|Ui-Uo|<|UTHP|
3. CD段
当Ui进一步增大， 且满足 Uo+|UTHP|≤Ui≤Uo+UTHN
N管和P管的电流相等， 根据电流方程：
延时的定义
环型振荡器
（7）逻辑门的功耗
瞬时功耗: p(t) =v(t)i(t) =Vsupplyi(t)
峰值功耗: Ppeak =Vsupplyipeak
平均功耗:
P
ave
1 T
tT t
p(t)dt V
supply
T
tT t
isuppl(y t)dt
功率延时积
功率延时积（PDP） =E=每操作消耗的能量=Pav×tp
随着Ui进一步增大， 当满足 UDD+UTHP≤Ui≤UDD 时， P管截止， IDP=0, N管维持非饱和导通而导致Uo=0。
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CMOS 集成电路基础知识
CMOS 是Complementary Metal-Oxide Semiconductor 一词的缩写。
在业余电子制作中我们经常会用到它，这里系统、详细的介绍一些CMOS 集成
电路基础知识及使用注意事项。
CMOS 集成电路的性能及特点
l 功耗低
CMOS 集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联
的场效应管总是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论
上为零。
实际上，由于存在漏电流，CMOS 电路尚有微量静态功耗。
单个门
电路的功耗典型值仅为20mW，动态功耗（在1MHz 工作频率时）也仅为几mW。
l 工作电压范围宽。