详细讲解cmos反相器的原理及特点

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清华大学《数字集成电路设计》周润德第5章 CMOS反相器

第五章 CMOS 反相器第一节对逻辑门的基本要求（1）鲁棒性（用静态或稳态行为来表示）静态特性常常用电压传输特性（VTC）来表示（即输出与输入的关系），传输特性上具有一些重要的特征点。

逻辑门的功能会因制造过程的差异而偏离设计的期望值。

V(y) 电压传输特性（直流工作特性）VOH fV(y)=V(x)VM开关阈值VOL VOL VOHVOH = f(VOL) VOL = f(VOH) VM = f(VM)V(x)额定电平2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第1页（2）噪声容限：芯片内外的噪声会使电路的响应偏离设计的期望值（电感、电容耦合，电源与地线的噪声）。

一个门对于噪声的敏感程度由噪声容限表示。

可靠性―数字集成电路中的噪声v(t) i(t)V DD电感耦合电容耦合电源线与地线噪声噪声来源：（1）串扰（2）电源与地线噪声（3）干扰（4）失调应当区分：（1）固定噪声源（2）比例噪声源浮空节点比由低阻抗电压源驱动的节点更易受干扰设计时总的噪声容限分配给所预见的噪声源2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第2页噪声容限（Noise Margin）V“1” V OH V IHout OH 斜率 = -1V不确定区斜率 = -1ILV “0” VVOLOL V IL V IH V in2004-9-29清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第3页噪声容限定义"1"噪声容限（Noise Margin）容许噪声的限度V IH高电平噪声容限VOHNM H未定义区低电平噪声容限V OL "0" NM L V IL抗噪声能力（Noise Immunity）抑止噪声的能力门输出门输入2004-9-29清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第4页理想逻辑门V outg=∞Ri = ∞ Ro = 0 Fanout = ∞ NMH = NML = VDD/2V in2004-9-29清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第5页早期的逻辑门5.0 4.0 3.0 2.0 VM 1.0 NM H NM L0.01.02.03.0 V in (V)4.05.02004-9-29清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第5章第6页（3） “再生”特性：逻辑门的“再生”特性使被干扰的信号能恢复到名义的逻辑电平。

三态输出的CMOS反相器

CD段： T2导通， T1截止， VO = VOL ≈ 0。
BC段： T1 、T2同时导通，为转折区。
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7
3. 电流传输特性
iD
VGS(th)N
VG S(th)P
AB
CD
O
1 2 VDD
v VDD
I
第二节 CMOS门电路
AB段：T2截止漏极电流几乎为0
CD段：T1截止漏极电流几乎为0
上页下页返回
28
第二节 CMOS门电路
用短沟道、硅栅自对准工艺生产的高速CMOS门电路，
其平均传输延迟时间小于10ns。
高速CMOS门电路的通用系列为54HC/74HC系列。
该系列产品使用+5V电源，
输出的高、低电平与TTL电路兼容。
如54HC/74HC× × ×与54LS/74LS × × × ，
动态功耗 PD = PT + PC 其中PT ： T1和T2在短时间内同时导通所产生的瞬时导通功耗。
PC ：对负载电容充、放电所消耗的功率。
上页下页返回
16
第二节 CMOS门电路
五、其他类型的CMOS门电路
1.其他逻辑功能的CMOS门电路
在CMOS门电路的系列产品中，除反相器外常用的还有：与非门、或非门、与门、或门、与或非门、异或门等几种。
1. 输入特性因为MOS管的栅极和衬底之间存在输入电容，
绝缘介质又非常薄，极易被击穿，
所以必须采取保护措施。
输入保护电路
VDD
C1
T1
RS
vI
vO
C2
T2
输入保护电路
C1 RS
vI
C2
VDD

第七章MOS 反相器

Vi
CMOS反相器电压传输特性VTC
NMOS截止 PMOS线性 NMOS饱和 PMOS线性
2.5 a 2
b
c
Vout (V)
1.5 1 0.5
d
NMOS饱和 PMOS饱和
0 0 0.5 1 1.5
NMOS线性 PMOS饱和 NMOS线性 e PMOS截止
f
2
2.5
Vin (V)
四、

CMOS反相器VTC分析
MI
2. 电压传输特性曲线的推导
3. 基本特性 VDD VOL 1+2KI RL(VOHVTI) VDD RL RL若小：VOL高， Vo 功耗大， tr小; VOH
Vi
Vo W/L若小(即K I 小)：VOL高，功 MN 耗小，t 大。 f
RL减小
VOL 0
VILVIH Vi
7.1.2 E/E饱和负载NMOS反相器 1. 结构和工作原理 VDD ML Vi为低电平VOL时,MI截止,ML饱和 VOH=VDDVTL Vi为高电平VOH时,MI非饱和,ML饱和 KL(VDD-VOL-VTL)2= KI[2(VOH-VTI)VO-VO2] Vo (VDD VTL )2 MI 有比电路 VOL 2R(VOHVTI) (W/L)I KI 其中：R = K = (W/L)L L
VGL
Vi
1. 结构和自举原理(续) VDD VGL 自举过程： Vi 变为VOL ,ME截止,Vo上升， MB VGL随Vo上升(电容自举)， ML MB截止,ML逐渐由饱和进入 CB 非饱和导通，上升速度加快。 Vo ME 自举结果： tr缩短，VOH可达到VDD。
Vi
2. 寄生电容与自举率 VDD 由于寄生电容CO的存在： VGL CO = VGSL CB VGL = VGSL + Vo

COMS反相器原理

当输入信号为0时;与之相连的N沟道MOS管截止;P沟道MOS管导通；反之则N沟道MOS管导通;P沟道MOS管截止
Y
VDD
B
图3-5-14 带缓冲级的与非门
A
上述电路虽然简单;但存在一些严重缺点： 1 输出电阻受输入端状态的影响； 2 当输入端数目增多时;输出低电平也随着相应提高;使低电平噪声容限降低
3 5 CMOS电路
3 5 1 CMOS反相器工作原理
3 5 2 CMOS反相器的主要特性
3 5 3 CMOS传输门
3 5 4 CMOS逻辑门电路
3 5 5 CMOS电路的锁定效应及正确使用方法
图351 CMOS反相器
D
G
S
S
G
D
vO
VDD
TL
T0
vI
3 5 1 CMOS反相器工作原理
CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成通常P沟道管作为负载管;N沟道管作为输入管
第一种形式：在反相器基础上增加一对P沟道T'P和N沟道T'N MOS管当控制端为1时;T'P和T'N同时截止;输出呈高阻态；当控制端为0时;T'P和T'N同时导通;反相器正常工作该电路为低电平有效的三态输出门
EN
图3516 三态输出CMOS门结构之二
A
Y
VDD
≥1
TN
TP
A
Y
&
TN
当输入vI为高电平时;负载管截止;输入管导通;负载电流IOL灌入输入管;如图356 所示灌入的电流就是N沟道管的iDS;输出特性曲线如图357 所示输出电阻的大小与vGSNvI有关;vI越大;输出电阻越小;反相器带负载能力越强

CMOS反相器

B
18
N阱形成的主要步骤是：
1、外延层；2、原氧化生长；3、第一层掩膜（N阱注入）；4、N阱注入（高能）；5、退火，如下图。外延层与衬底有完全相同的晶格结构，只是纯度更高晶格缺陷更少。氧化层的主要作用是：1、保护表面的外延层免受沾污；2、阻止在注入过程中对硅片过度损伤；3、作为氧化屏蔽层，有助于控制注入过程中杂质的注入深度。光刻胶图形覆盖了硅片上的特定区域，将起保护起来免于离子注入。离子注入机离化杂质原子，使其加速获得高能，选出最恰当的元素注入，并聚焦离子成为极窄的一束，最后扫描使硅片不受光刻胶保护的区域得到均匀掺杂。杂质离子穿透硅的晶格结构，对其共价原子结构造成损伤，这种损伤在以后的扩散以及退火步骤中得到修复。
源/漏（S/D）注入工艺
为了完成倒掺杂技术，用中等剂量的掺杂稍稍超过LDD的结
深，但是比最初的双阱掺杂的结深浅，上一步形成的侧墙阻止
了注入杂质侵入狭窄的沟道。N+S/D注入的主要步骤是：1、第
七层掩膜（N+S/D注入）；2、 N+S/D注入（中等能量）P+S/D
注入的步骤：1、第八层（ P+S/D 注入）；2、 P+S/D（中等能
B
SUM
≥1
COUT
B
13
---用RTL描述的一位半加器
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY HADDER IS
PORT (A,B:IN STD_LOGIC;
SO,CO:OUT STD_LOGIC);
END ENTITY HADDER;
ARCHITECTURE FH1 OF HADDER IS

02-9.1 CMOS反相器电路及其特性-课件

图1 CMOS反相器
（a）结构示意图（b）电路图
]
,[)(DD SS I P th GS V V V V ∈+
当V I =V IL =0时
当V I =V IH =V DD 时
⎪⎩⎪⎨⎧<=>=N
th GS GS GS P th GS DD GS V v v V V v )(21)(10)(为负且⎪⎩⎪⎨⎧>=<=N
th GS DD GS P
th GS GS V V v V v )(2)(10输出V=V OH ≈V DD
输出V=V OL ≈0
Vo
静态功耗低
噪声容限高
工作速度快
在CMOS 反相器中，无论电路处于何种状态，T N 、T P 中总有一管截止，所以其静态功耗极低，有微功耗电路之称。

CMOS 反相器的阈值电压U TH =V DD /2,即两管状态在v I =V DD /2处转换，因此其噪声容限接近50%。

CMOS 反相器工作时总有一管导通，且导通电阻较小，为低阻回路,所以带容性负载时，充放电速度很快，CMOS 反相器的t pd ≈10ns 。

CMOS反相器的概述

1.工作原理
+5V
0V vi
VTN = 2 V VTP = 2 V VDD＞(VTN VTP )
+VDD
+5V
S2 TP
vi vGSN vGSP TN TP vO
0 V 0V 5V 截止导通 5V 5 V 5V 0V 导通截止 0 V
D2
D1 vO
S1 TN
逻辑真值表
逻辑表达式
vi (A)
0 1
TN1
TN2
10
导通截止截止导通 0
11
导通截止导通截止 0
N输入的或非门的电路的结构? 输入端增加有什么问题?
ห้องสมุดไป่ตู้
或非门
A
B
L A B
例：分析CMOS电路，说明其逻辑功能。
A B
=A⊙B
L AB X AB A B
A B A B
AB
异或门电路
2. 电压传输特性和电流传输特性
电压传输特性 vO f ( vI ) 电流传输特性iD f (vI )
3. 输入逻辑电平和输出逻辑电平
VOUT /V
5
输入低电平
输入高电平
0
VILmax VIHmin 5 VIN
/V
(Transfer c无ha定ra义cteristic )
输入低电平的上限值 VIL(max)
vO(L)
1 0
逻辑图
A
L A
L
CMOS反相器的重要特点：
第一，vI是高电平还是低电平，TN和TP中总是一个导通而另一个截止。CMOS反相器的静态功耗几乎为零。
第二，MOS管导通电阻低，截止电阻高。使充、放电时间常数小，开关速度更快，具有更强的带负载能力。

cmos反相器工作原理

cmos反相器工作原理
CMOS反相器是一种基于混合型CMOS技术开发的一种电路，它由一个
主要的反相器和周围电路组成。

它的工作原理是：输入端口输入电压必须
处于某一范围之内，它的输出端口电压高于输入端口的电压值，即输出一
个反向电压值，这就是CMOS反相器的作用原理。

CMOS反相器通常由几个主要的组件组成，这些组件包括p-型晶体管、n-型晶体管和金属氧化物半导体（MOSFET）。

反相器的输入端口会接受一
种电压值，这是输入电压，而晶体管和MOSFET会根据输入电压值来响应，一些形成周围电路的组件会根据所输入的电压来决定电流，最后将得到一
个反向的输出电压。

CMOS反相器的优点在于它的低功耗使得它可以用在节能类的电路中，并且它的体积小，结构简单以及可靠性高。

而且它输出电压的高低可以调节，因此它可以提高电路的灵活性和可靠性，也可以提高电路的稳定性。

什么？CMOS你还搞不明白？赶紧看过来！CMOS工作原理详解！

什么？CMOS你还搞不明⽩？赶紧看过来！CMOS⼯作原理详解！⼀谈到CMOS，我估计⼤家⾸先想到的就是电脑的CPU，确实，CPU就是⼀个将⼏⼗亿个晶体管集成在⼀起的超级电路，最新报价酷睿I7-7700K太平洋上报价达到了恐怖的2799元，为什么值这么多钱？这与其采⽤了14nm⼯艺，主频达到4.2Ghz是分不开的，想想我笔记本的主频才1.6Ghz，就知道差距有多⼤了，如果你觉得差距不⼤，那我就再说⼀个数字，我买这台笔记本当时的价格还不到这款发烧级CPU价钱的2倍，这样的CPU，再配上顶级主板，顶级显卡，加上顶级内存，以及固态硬盘，再加上电源，机箱，以及⽜逼⼀点风冷后者⽔冷系统，光机箱价格估计就得过万了，这种存在于理想中的东西，想想挺好，哈哈，现实是买不起，买了估计掉价也⽐较快，尤其是显卡，很容易降价。

扯的有点远了，说回到CMOS来，我们没办法理解CPU这么个复杂的东西是怎么⼯作的，但是其最基本单元，MOSFET的⼯作原理是⼀定要懂的，因为⽤到MOSFET的产品可不仅仅只有CPU，⼀般的逻辑电路，数字电路，混合信号电路等等都要⽤到MOSFET，或者CMOS，这个时候如果你还不懂CMOS⼯作原理，就说不过去了，这个可是吃饭的本事啊！想想线上⼀⼤堆活在跑，如果不懂得CMOS⼯作原理，⼯艺中哪个步骤出问题了，会对器件有什么程度的影响不了解，或者最终WAT/PCM数据出来发现异常了，却不知道根据异常结果反推可能出问题的⼯艺步骤，那么分析问题将会是多么的困难啊！搞不好就混不下去了额~~所以说，深⼊理解CMOS的⼯作原理是必须，必要，以及必学的，过程虽然痛苦，结果是好的，所以，打起精神来，跟上我的思路，学起来其实并不难。

学CMOS⼯作原理前，先放⼀张CMOS反相器在这⾥，它的基本原理后⾯再讲，CMOS反相器就是⽆论输⼊端电压正负，都会有输出，相当于0/1切换，⽤处⾮常⼴泛。

下⾯开始介绍MOSFET：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tranistor，即⾦属氧化物半导体场效应晶体管。

cmos反相器电路结构

cmos反相器电路结构CMOS反相器电路结构CMOS反相器是一种常见的数字逻辑门电路，用于将输入信号反转输出。

它由一对互补的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）组成，这些MOSFET分别被称为P型MOSFET和N型MOSFET。

CMOS反相器电路结构的设计使其能够实现低功耗、高噪声容限和较高的电压转换速度。

CMOS反相器电路由两个互补的MOSFET组成，一个是P型MOSFET，另一个是N型MOSFET。

P型MOSFET的栅极连接到输入信号，而N型MOSFET的栅极连接到P型MOSFET的反向输入信号。

源极和漏极分别通过电压源和接地连接。

在CMOS反相器中，当输入信号为低电平时，P型MOSFET导通，N型MOSFET截止，输出信号为高电平。

当输入信号为高电平时，P型MOSFET截止，N型MOSFET导通，输出信号为低电平。

因此，CMOS 反相器可以将输入信号反转输出。

CMOS反相器电路的优点之一是功耗较低。

由于只有在输入信号发生变化时，CMOS反相器才会消耗能量。

当输入信号保持不变时，MOSFET处于截止或导通状态，不会消耗能量。

这使得CMOS反相器非常适合用于低功耗应用，如移动设备和电池供电系统。

另一个优点是高噪声容限。

由于CMOS反相器电路中的MOSFET是互补的，当输入信号的电压接近电源电压时，会出现双门限效应。

这种效应可以提高抗噪声干扰的能力，使得CMOS反相器在噪声较多的环境中工作更加可靠。

CMOS反相器电路还具有较高的电压转换速度。

由于P型MOSFET和N 型MOSFET的导通和截止时间非常短，CMOS反相器可以在很短的时间内完成信号的反转。

这使得CMOS反相器非常适合用于高速数字电路中，如微处理器和通信系统。

总结一下，CMOS反相器电路结构由一对互补的MOSFET组成，通过控制MOSFET的导通和截止状态来实现输入信号的反转输出。

它具有低功耗、高噪声容限和较高的电压转换速度等优点，使得它成为数字电路设计中常用的逻辑门电路。

CMOS反相器工作原理

CMOS反相器是互补金属氧化物半导体反相器的简称，由P型金属氧化物半导体（PMOS）和N型金属氧化物半导体（NMOS）晶体管组合而成。其工作原理基于这两种晶体管的互补导通特性。在CMOS反相器中，PMOS和NMOS晶体管的栅极相连，作为ห้องสมุดไป่ตู้入端；PMOS的源极接电源正极，NMOS的源极接地，两者的漏极相连作为输出端。当输入端为低电平时，PMOS晶体管导通，NMOS晶体管截止，此时输出端与电源正极相连，输出高电平。当输入端为高电平时，情况相反，PMOS晶体管截止，NMOS晶体管导通，输出端与地相连，输出低电平。因此，CMOS反相器实现了输入信号的逻辑非运算，即输出信号是输入信号的反相。此外，CMOS反相器还具有低功耗、高噪声容限、宽电压工作范围等优点，在数字电路中得到广泛应用。

数字集成电路学习总结5CMOS反相器

数字集成电路学习总结5CMOS反相器今天开始总结数字集成电路。

这本书其实算是本科最难的⼀本了，细节过多⽆法卒读，涉及到的知识也⾮常全⾯。

实际上本科课程安排中并为将其作为重点，我们的课⾮常⽔，不知道讲了什么。

今天详细总结⼀下。

当时然由于内容过多，⽆法全部涵盖，只能⼤致总结，并着重记录定性的结论。

涉及到计算之类的问题，就只能略过了。

第五章 COMS反相器5.1 引⾔为什么从第五章开始，原因是这章⽐较基础，详细学习CMOS反相器后，才能继续看组合电路和时序电路等等。

研究的对象有如下⼏个指标：成本（复杂性和⾯积）、完整性和稳定性（静态特性）、性能（动态特性）、能量效率（功耗）。

5.2 静态CMOS反相器——直观综述课本上的描述：晶体管只不过是⼀个具有⽆限关断电阻和有限导通电阻的开关。

以开关来理解，可以推导出其他重要特性：1、输出⾼电平和低电平分别为VDD和GND，换⾔之，电压摆幅等于电源电压。

因此噪声容限很⼤。

2、逻辑电平与器件的相对尺⼨⽆关，所以晶体管可以采⽤最⼩尺⼨。

这⾥有⼀个概念叫⽆⽐逻辑3、稳态时，输出和VDD或GND之间总存在有限电阻的通路。

因此⼀个设计良好的CMOS反相器具有低输出阻抗，这使得它对噪声和⼲扰不敏感。

4、输⼊电阻极⾼。

理论上，单个反相器可以驱动⽆穷个门，或者说有⽆穷⼤的扇出。

但很快我们发现增加扇出也会增加传播延时。

因此扇出不会影响稳态特性，会影响瞬态特性。

5、忽略漏电流的话，意味着⽆静态功耗。

之前常⽤的是NMOS电路，静态功耗不为0，限制了集成度。

后来必须转向CMOS。

电压传输特性（VTC）的性质和形状可以通过图解法迭加两管的图像得到。

结果是观察到VTC具有⾮常窄的过渡区。

我们可以把开关特性简化为RC电路，⼀个快速门的设计是通过减⼩输出电容或者减⼩晶体管的导通电阻（增⼤宽长⽐）实现的。

5.3 CMOS反相器稳定性的评估——静态特性5.3.1 开关阈值开关阈值VM定义是Vin=Vout的点，利⽤图解法可以看出。

5 CMOS 反相器

第五讲 CMOS 反相器一、实现反相器功能的MOS电路有哪些？比较其性能。

答：图(a) 图(b) 图(c)1）电阻负载型反相器：电路结构如图(a)所示，当NMOS器件截止时，电阻将输出上拉到V OH；当NMOS导通时，将和上拉器件一起组成一个电阻分压器，产生一个低输出V OL，从而可以实现基本的反相器功能。

性能：电阻负载占用很大的芯片面积，同时会产生一个很大的上升时间，增大了电路的延迟和功耗，而且很难显著地改善噪声容限。

因此，在MOS数字电路中，几乎不用传统的电阻器作负载，通常要用NMOS执行上拉电阻的功能。

2）饱和负载NMOS反相器：电路结构如图(b)所示，栅漏两极连接在一起的单个NMOS作为上拉负载，使输出节点上拉V OH；另一个NMOS将输出节点下拉，以尽量使其放电。

这两个MOS管的尺寸比例决定了输出电压的大小，因此也被称为有比反相器。

性能：与电阻负载型相同，其输出高电平V OH不等于V DD，最高只能到达V DD - V TL。

因此，在使用低电源电压的时候，很难设计出能够自安全的噪声容限范围内正常工作的电路。

另外，在输出为低电平时，电流直接由电源V DD流到地端，导致电路中存在较大的直流功耗。

3）线性负载NMOS反相器：电路结构如图(c)所示，将负载晶体管的栅极连接到一个高于V DD的直流电压V GG上，可使输出高电平V OH有所提高，即V GG > V DD + V TL(V DD)。

满足这个条件的MOS电路即为E/D线性负载反相器。

性能：当用于静态反相器和逻辑门的时候，线性增强型负载存在几个缺点：由于额外的电压源V GG，所以需要增加互连线，从而占用更多的芯片面积；在输出为低的情况下，电路中存在直流功耗。

4）CMOS反相器：电路结构如图(d)所示，上面的PMOS的栅极和下面的NMOS的栅极连接在一起，PMOS的忖底连接到电源V DD，而NMOS的忖底连接到地Gnd，使漏/源反向偏置。

《CMOS反相器》课件

《CMOS反相器》PPT课件
本课件将介绍CMOS反相器的原理、电路结构、工作特性、应用领域以及其优缺点，帮助大家更好地了解这一重要电路。
什么是CMOS反相器
CMOS反相器是一种基本的数字电路组件，具有重要的信号处理功能。它可以将输入信号的逻辑值取反，并输出给后续电路。
CMOS反相器的原理
CMOS反相器的原理基于场效应管的工作原理。输入信号通过MOS管的开关作用，控制输出信号的逻辑值。
CMOS反相器的优缺点
CMOS反相器的优点包括低功耗、高集成度和可靠性强。缺点包括器件尺寸较大、噪声容易干扰和电压摆幅受限。
总结和展望
CMOS反相器作为数字电路的重要组成部分，发挥着重要作用。未来，随着技术的发展，CMOS反相器将进一步优化和演进，满足更高的性能需求。
CMOS反相器的电路结构
CMOS反相器由一对互补型场效应管组成，其中一个用逻辑跟随功能，另一个用于驱动输出信号。
CMOS反相器的工作特性
CMOS反相器具有高的输入阻抗、低的功耗和快速的响应速度。它可以适应不同逻辑电平的输入信号，并输出相应的反相信号。
CMOS反相器的应用领域
CMOS反相器广泛应用于数字电路设计、数据处理、通信系统和微处理器中。它在逻辑门电路和时序电路中扮演着重要角色。

第10讲 CMOS反相器资料

VOL NML VIL NML=VIL-VOL 内部 NML=VIL
驱动门
负载门
理想传输特性
VIH=VIL=1/2VDD,具有最大的噪声容限.
实际传输特性
VSP称为转换点电压或反相器的阈值电压,如何使VSP=1/2VDD?
转换点处反相器中MOS管的工作状态
正常工作条件: 要使输出电压变化, 必须有由定义: 所以:
实验结果
高偏斜无偏斜低偏斜
反相器的PN比
PN比：一个设计中，反相器的P管“宽长比”与N管“宽长比” 之比，即（WP/LP)/(WN/LN)。PN比与工艺相关,一般在1.5-3. ”最佳PN比”可采用以下方式两种方式之一确定（1）根据静态特性：使反相器的转换点电压为1/2VDD。（2）根据动态特性：使反相器的tplh和tphl相等。两种方法本应一致，但实际略有区别。典型情况LN=LP=L(min)，PN比等价于P管和N管的宽度比。
要使逻辑电路可靠工作,输入高电平电压必须大于
VIH,输入低电平电压必须小于VIL.
CMOS反相器VIH和VIL的定义
VIL:输入电压由低到高变化时,输出电压开始下降且传输特性曲线斜率为-1的点,即图中A点对应的输入电压. VIH:输入电压由高到低变化时,输出电压开始上升且传输特性曲线斜率为-1的点,即图中B点对应的输入电压.
传输延迟的定义：输入信号变化 50%VDD到输出信号变化到50%VDD 的时间。
输入
50%
命名：从输出信号的角度命名。tplh 是输出由低到高的延迟，tphl是输出有高到底的延迟。
输出
50%
tplh
tphl
上升时间和下降时间
上升时间：从 10%VDD上升到 90%VDD的时间。下降时间：从 90%VDD下降到

CMOS反相器原理结构及性能参数

CMOS反相器原理结构及性能参数CMOS反相器是一种基本的数字逻辑电路元件，由两个互补MOSFET （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）组成。

它可以实现电信号的反相，并起到信号放大的作用。

CMOS反相器不仅在数字电路中使用广泛，还在模拟电路中应用于放大器和振荡器等电路中。

CMOS反相器的基本原理是利用MOSFET的门电压控制特性，当输入信号为高电平时，NMOS（负材料氧化物半导体场效应晶体管）导通，PMOS （正材料氧化物半导体场效应晶体管）截止；当输入信号为低电平时，NMOS截止，PMOS导通。

这样，通过选取适当的参数，输出信号就可以实现输入信号的反相。

CMOS反相器的结构是由一个PMOS和一个NMOS组成，它们的结构和工作原理有所不同。

PMOS是由P型半导体材料构成的，当门电压低于阈值电压时，导电性较好；NMOS是由N型半导体材料构成的，当门电压高于阈值电压时，导电性较好。

输入电压范围指的是输入信号的电压范围，一般为输入高电平（High Level Input）和输入低电平（Low Level Input）两个阈值电压之间的范围。

输出电压范围指的是输出信号的电压范围，一般为输出高电平（High Level Output）和输出低电平（Low Level Output）两个阈值电压之间的范围。

增益是指输出电压随输入电压的变化率，一般为输出电压变化量与输入电压变化量的比值。

在CMOS反相器中，增益一般很高，可以达到几十倍甚至更高。

功耗是指CMOS反相器消耗的电功率，一般与输入电压和输出电流有关。

CMOS反相器的功耗一般比较低，因为在输入端只需要很小的电流就能控制输出的大电流。

速度是指CMOS反相器的响应时间，即输入信号变化到输出信号变化的时间。

CMOS反相器的速度一般较快，可以达到几纳秒的量级。

除了以上的性能参数，CMOS反相器还有一些其他的性能指标，如输入电容、输出电容、输出阻抗和输入阻抗等。

cmos反相器等效电容_解释说明以及概述

cmos反相器等效电容解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在现代电子领域中，CMOS（互补金属氧化物半导体）技术被广泛应用于数字电路设计中，具有低功耗、高可靠性和较高的集成度等优点。

而反相器作为数字电路的基本构建模块之一，其性能对整个电路系统的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。

其中一个重要的因素是反相器的等效电容。

1.2 文章结构本文将深入研究CMOS反相器等效电容及其对于数字电路性能的影响。

文章将分为五个主要部分进行阐述。

首先，在引言部分介绍文章的背景和目标。

然后，在第二部分详细解释CMOS反相器的工作原理，并阐述CMOS反相器结构以及相关术语和概念。

接下来，在第三部分中描述了实验步骤和数据分析方法，并分析讨论了实验结果。

第四部分探讨了CMOS反相器在数字电路中的应用领域以及反相器等效电容对性能的影响及优化策略。

最后，在结论部分对全文内容进行总结，并展望未来可能的研究方向。

1.3 目的本文的目的是深入研究和解释CMOS反相器等效电容的概念，探讨其对数字电路性能的影响，并提出相应的优化策略。

通过本文的阐述，读者将能够全面了解CMOS反相器等效电容以及其在数字电路中的应用。

此外，本文还旨在推动CMOS技术发展并展望未来可能的研究方向，从而促进数字电路技术的持续创新与发展。

2. CMOS反相器等效电容：2.1 反相器工作原理：CMOS反相器是一种基本的数字逻辑门电路，用于将输入信号取反输出。

其工作原理涉及N型和P型金属氧化物半导体场效应管（NMOS和PMOS）的结合使用。

在CMOS反相器中，当输入信号为高电平时，NMOS管导通，PMOS管截断；而当输入信号为低电平时，PMOS管导通，NMOS管截断。

由此可见，在CMOS 反相器中没有直接路径可以让电流从VDD到地，因此功耗很低。

2.2 CMOS反相器结构：CMOS反相器由一个NMOS和一个PMOS管组成。

它们通过共享栅极端口连接在一起，形成了一个交叉连接的结构。

第三周学习总结-CMOS反相器

CMOS反相器静态CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)反相器是目前最普遍的反相器，其电路图如图1所示，当V in为高并等于V DD时，NMOS管导通而PMOS管截止，此时在Vout 的接地节点之间存在直接通路，形成一个稳态值0V。

相反，当输入电压为低（0V）时，NMOS 关断而PMOS管导通，V DD和V out之间存在一条通路，产生一个高电平输出电压。

由此实现反相器的功能。

图1.静态CMOS反相器电路静态CMOS反相器具有以下许多特性：（1）输出高电平和低电平分别为V DD和GND，摆幅为电源电压，噪声容限大；（2）逻辑电平与器件的相对尺寸无关；（3）具有低的输出阻抗，使它对噪声和干扰不敏感；（4）输入阻抗极高，缘于MOS管的栅实际上是一个绝缘体；（5）稳态工作下的电源线和地线之间没有直接的通路，在忽略漏电流的情况下意味着该门不消耗任何静态功率。

反相器的电压传输特性(VTC)可以通过图解法迭加NMOS管和PMOS管的电流特性来得到，最终如图2所示。

图2.CMOS反相器的VTC门的输出电容C L事实上包括NMOS和PMOS管的漏扩散电容、连线电容以及扇出门的输入电容。

门的响应时间由通过管子的导通电阻Rp(或者Rn)充放电容CL所需要的时间决定，传播延迟正比于RC。

这意味着可以通过减少输出电容或者减小晶体管的导通电阻实现快速响应。

应当注意，NMOS和PMOS晶体管的导通电阻不是常数，而是晶体管的两端电压的非线性函数，确切决定传播延时较为复杂。

反相器稳定性的评估，静态特性：1.开关阈值V MV M定义为V in=V out的点，在这一区域V DS=V GS，PMOS和NMOS总是饱和，使通过两晶体管的电流相等，得到V M表达式如下（器件处于速度饱和状态即V DSAT<V M-V T且忽略沟长调制效应）：，得到当V DD较大时（大于阈值电压及饱和电压），上式简化为。