cmos反相器
cmos反相器信号再生
CMOS反相器信号再生概述CMOS反相器信号再生是一种利用CMOS反相器来恢复信号完整性的技术。
CMOS反相器是一种基本的数字电路，它由两个互补的金属氧化物半导体（CMOS）晶体管组成。
当输入信号为高电平时，上拉晶体管导通，下拉晶体管截止，输出信号为低电平。
当输入信号为低电平时，上拉晶体管截止，下拉晶体管导通，输出信号为高电平。
原理CMOS反相器信号再生的原理是利用CMOS反相器的非线性特性。
当输入信号的幅度低于CMOS反相器的阈值电压时，CMOS反相器不导通，输出信号为零。
当输入信号的幅度高于CMOS反相器的阈值电压时，CMOS反相器导通，输出信号为电源电压。
这种非线性特性可以用来恢复信号的完整性。
应用CMOS反相器信号再生技术广泛应用于数字电路中，例如：时钟信号再生：CMOS反相器可以用来再生时钟信号。
时钟信号是数字电路中非常重要的信号，它用于同步电路的运行。
由于时钟信号在传输过程中可能会受到噪声和干扰的影响，导致信号失真。
CMOS反相器可以用来恢复时钟信号的完整性，确保电路的正常运行。
数据信号再生：CMOS反相器可以用来再生数据信号。
数据信号是数字电路中传输信息的信号。
由于数据信号在传输过程中可能会受到噪声和干扰的影响，导致信号失真。
CMOS反相器可以用来恢复数据信号的完整性，确保信息的正确传输。
模拟信号再生：CMOS反相器可以用来再生模拟信号。
模拟信号是连续变化的信号，它可以表示各种物理量。
由于模拟信号在传输过程中可能会受到噪声和干扰的影响，导致信号失真。
CMOS反相器可以用来恢复模拟信号的完整性，确保信息的正确传输。
优点CMOS反相器信号再生技术具有以下优点：简单：CMOS反相器信号再生电路非常简单，只需要几个晶体管就可以实现。
低功耗：CMOS反相器信号再生电路的功耗非常低，非常适合于电池供电的设备。
高速度：CMOS反相器信号再生电路的速度非常快，可以用于高速数字电路。
抗噪声能力强：CMOS反相器信号再生电路具有很强的抗噪声能力，可以有效地抑制噪声和干扰的影响。
cmos反相器工作原理
cmos反相器工作原理CMOS反相器是一种常用的数字逻辑门电路，由一对互补MOSFET（MOS 场效应晶体管）组成。
它的核心组成部件是P型MOS和N型MOS管，具体工作原理如下：1.P型MOS管（PMOS）：PMOS管是一种具有P型沟道的器件。
它的沟道是由N型衬底掺入的P型材料构成的。
当PMOS上的栅极电压低于临界值时，沟道形成，并且电流可以流过沟道。
当PMOS上的栅极电压高于临界值时，沟道被截断，电流无法流过。
2.N型MOS管（NMOS）：NMOS管是一种具有N型沟道的器件。
它的沟道是由P型衬底掺入的N型材料构成的。
当NMOS上的栅极电压高于临界值时，沟道形成，并且电流可以流过沟道。
当NMOS上的栅极电压低于临界值时，沟道被截断，电流无法流过。
在CMOS反相器中，一个PMOS管和一个NMOS管被连接在一起，形成一个互补对。
它们的栅极由同一个输入控制，且互补对电源共享。
工作原理如下：1.输入为高电平时：当输入为高电平（逻辑1）时，输入端的电压被传递到NMOS管的栅极。
其结果是NMOS管导通，沟道形成。
同时，输入端的高电平也被送到PMOS管的栅极，但由于PMOS管的特性，栅极电压为高电平时导致PMOS管截断，沟道断开。
因此，在输入为高电平时，NMOS导通，PMOS截断，输出为低电平（逻辑0）。
2.输入为低电平时：当输入为低电平（逻辑0）时，NMOS的栅极电压为低电平，导致NMOS截断，沟道断开。
与此同时，输入低电平也传递到PMOS的栅极。
由于PMOS的特性，低电平导致PMOS导通，沟道形成。
因此，在输入为低电平时，NMOS截断，PMOS导通，输出为高电平（逻辑1）。
通过这种方式，输入的逻辑电平被反转，从而实现了反相器的功能。
CMOS反相器的优点之一是功耗较低。
因为在输入为逻辑1时只有一个NMOS导通，输入为逻辑0时只有一个PMOS导通，其他管子都是截断的，消耗的功率非常小。
此外，CMOS反相器还具有高噪声抑制能力和较高的输入阻抗。
COMS反相器原理
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反相器的工作原理
cmos反相器的工作原理
CMOS反相器的工作原理是基于CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的电路。
CMOS反相器是一种用于取反输入信号的数字电路。
它由一对互补型MOSFET
（金属氧化物半导体场效应晶体管）组成，包括一个P型MOSFET和一个N型MOSFET。
CMOS反相器的输入端连接到P型MOSFET的栅极，同时也连接到N型MOSFET的栅极。
而输出端则连接到两个MOSFET的源极之间。
其中，P型MOSFET的源极连接到正电源（VDD），而N型MOSFET的源极连接到地。
当输入端的电压为高电平（逻辑1）时，P型MOSFET的栅极电压低于P型MOSFET的阈值电压，导致P型MOSFET处于关闭状态，不导通。
与此同时，N
型MOSFET的栅极电压高于N型MOSFET的阈值电压，导致N型MOSFET处于
导通状态。
当输入端的电压为低电平（逻辑0）时，P型MOSFET的栅极电压高于P型MOSFET的阈值电压，导致P型MOSFET处于导通状态。
与此同时，N型MOSFET的栅极电压低于N型MOSFET的阈值电压，导致N型MOSFET处于关
闭状态，不导通。
根据上述工作原理，当输入端为高电平时，输出端会产生低电平（逻辑0）的
信号；当输入端为低电平时，输出端会产生高电平（逻辑1）的信号。
因此，CMOS反相器能够将输入信号取反输出。
CMOS反相器具有低功耗、高噪声容忍度和良好的抗干扰能力等优点，因此被
广泛应用于数字逻辑电路和微处理器中。
它在现代电路设计中起着重要的作用，帮助实现数字电路中的信号处理和逻辑功能。
CMOS反相器的分析与设计
CMOS反相器的分析与设计CMOS反相器由一对互补金属氧化物半导体场效应晶体管（n型MOSFET和p型MOSFET）组成。
n型MOSFET和p型MOSFET分别由n型沟道和p型沟道构成。
它们的沟道接在一起，形成一个共用的沟道。
根据输入电压的高低，CMOS反相器能够在输出端产生相反的电平。
CMOS反相器的工作原理是利用MOSFET的负阈值特性，即当输入电压高于一些阈值电压时，MOSFET处于关断状态；当输入电压低于阈值电压时，MOSFET处于导通状态。
CMOS反相器由这两个互补的MOSFET构成，保证了输入电压上升时一个MOSFET关闭，另一个MOSFET打开，输出电压下降；输入电压下降时，一个MOSFET打开，另一个MOSFET关闭，输出电压上升。
这样就实现了电平的反转。
1.确定输入输出电平：根据电路的需求，确定输入输出电平的高低电压范围，并根据具体电路的工作电压确定电源电压。
2.选择适当的MOSFET：根据设计要求，选择合适的n型MOSFET和p 型MOSFET，以满足工作电流和电压要求。
3.确定电阻参数：根据MOSFET的特性，选择合适的电阻参数来限制输入电流和确定电路的放大倍数。
4.确定电容参数：根据电路的带宽要求，确定输入和输出端的负载电容。
5.确定工作频率：根据电路的工作频率要求，确定MOSFET的开启和关闭时间。
6.进行电路仿真：通过电路仿真软件，验证设计的正确性和性能。
CMOS反相器的设计可以通过电路仿真软件如LTSpice来实现。
首先，根据设计要求选择适当的MOSFET，并确定电源电压和电阻电容参数。
然后，通过电路仿真软件搭建CMOS反相器电路，并进行仿真分析。
通过观察输入电压和输出电压的波形曲线，验证电路的正确性和性能。
如果需要进一步优化电路性能，可以通过调整各个元器件的参数来实现。
总结起来，CMOS反相器是一种常见的数字逻辑门电路，利用MOSFET的特性来实现输入输出电平的反转。
CMOS反相器的概述
CMOS反相器的概述CMOS反相器是一种非常常用的逻辑门，可以进行数字信号的反相操作。
CMOS反相器由CMOS技术制造而成，具有低功耗、高可靠性和低噪声的特点。
在数字电路中，CMOS反相器被广泛应用于时序电路、计数器、存储器等模块。
CMOS反相器的基本结构包括一个N型MOS管和一个P型MOS管，N型管和P型管的栅极通过逻辑信号控制，当输入信号为高电平时，N型管导通，P型管截断；当输入信号为低电平时，N型管截断，P型管导通。
这样，输出信号就与输入信号相反，实现了信号的反相操作。
CMOS反相器的输入和输出特性非常重要。
在CMOS反相器中，输入和输出电平可以区分为三个状态：高电平、低电平和开路状态。
当输入电平为高电平时，即逻辑1时，N型管导通，输出电平为低电平，即逻辑0；当输入电平为低电平时，即逻辑0时，P型管导通，输出电平为高电平，即逻辑1；当输入电平为开路状态时，即逻辑Z，输出电平保持上一个状态。
CMOS反相器的优点在于其低功耗和高可靠性。
由于CMOS技术将N型和P型管结合在一起，只有当输入信号改变时才会有电流流动。
在不改变输入信号时，CMOS反相器几乎不消耗功耗。
此外，由于N型和P型管分别负责导通和截断，CMOS反相器对噪声和电压干扰的抵抗能力较强，能够提供稳定的输出信号。
另外，CMOS反相器还具有较高的噪声容限和抗串扰能力。
在数字电路中，信号的传输会产生一定的噪声和串扰，这会导致信号的失真和误差。
CMOS反相器在设计上减小了管子之间的互感和电路之间的耦合，使其能够在抗噪声和抗串扰方面有较好的性能。
这使得CMOS反相器能够适应较严苛的工作环境，提供可靠的信号处理能力。
尽管CMOS反相器具有许多优点，但它也存在一些问题。
首先，由于CMOS反相器采用两个互补型MOS管连接而成，因此在制造过程中需要精心控制各项参数，如电流、阈值电压等，这使得制造过程复杂，成本较高。
此外，CMOS反相器在频率较高的应用中，存在一定的延迟和功耗问题，因此在高速和高频率应用中需要进行相应的优化和补偿。
反相器
PMOS sat
1.5
NMOS res
1
PMOS sat
NMOS res
PMOS off
0.5
0.5
1
1.5
2
2.5
V in
图5.5 由图5.4(VDD=2.5V)推导出的CMOS反相器的VTC
CMOS反相器. 10
2021年4月8日10时59分
CMOS 反相器：动态特性的开关模型
门的响应时间是由通过电阻Rp充电电容CL(电阻Rn放电 电容CL)所需要的时间决定的
IDp
IDn
VDSp
Vin = 0 Vin = 1.5
VDSp
IDn
Vin = 0 Vin = 1.5
VGSp = -1 VGSp = -2.5
对X轴求镜面
Vin = VDD + VGSp IDn = -IDp
Vout
平移 VDD Vout = VDD + VDSp
图5.3 将PMOS I-V特性转换至公共坐标系(假设VDD=2.5V)
Vin = 0.5 Vin = 0
Vout
图5.4 静态CMOS反相器中NMOS和PMOS管的负载曲线(VDD=2.5V)
CMOS反相器. 9
2021年4月8日10时59分
CMOS 反相器的 VTC
NMOS off PMOS res Vout
2.5
NMOS sat PMOS res
2
NMOS sat
VDD
VDD
Rp
Vout
CL
Rn
Vout CL
Vin = 0
Vin = V DD
CMOS反相器. 11
图5.6 静态CMOS反相器动态特性的开关模型
第10讲 CMOS反相器
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。
第10讲 CMOS反相器
电路结构和逻辑功能
反相器是CMOS数字电路性能设计的基准。其它 逻辑门的性能要按等价为反相器时的性能来考虑.
直流特性
1.传输特性曲线 输出电压随输入电压变化的曲线
直流参数VIH和VIL的物理意义
VIH 最小可靠输入高电平电压.完整的名称应为VIH(min). VIL 最大可靠输入低电平电压.完整的名称应为VIl(max).
管宽度较大,会导致面积和功耗增加. 实际设计中,普通反相器的PN比小于“最佳PN比”, 一般约等于最佳PN比的平方根. 驱动时钟信号的反相器的PN比按保证上升、下降 延迟相等的“最佳PN比”设计.
反相器的动态电流
输出电平 变化时才 有电流。
注意：测 功耗要看 电源的电 流，不是 输入信号 源电流。
反相器的动态功耗
充电平均电流 平均功耗
I avg
Qc VDD Ctot T T
2 Ctot VDD 2 Ctot VDD f clk T
Pavg VDD I avg
数字电路功耗的一般表达式
2 Pd k VDD f CL
由于一个复杂数字电路中只有一部分逻辑门在 时钟作用下发生状态变化，因此用平均开关行 为因子k修正。 数字电路的功耗与电源电压平方成正比，与频 率和负载电容成正比,减少k或CL是低功耗设计 手段。
两级cmos 反相器 低电压检测电路
一、概述在集成电路领域中，低电压检测电路一直是一个重要的研究课题。
特别是在现代便携设备如智能手机、平板电脑等电子产品中，由于电池技术的限制，对于电池电压的监测和管理变得尤为重要。
在这个背景下，两级CMOS反相器低电压检测电路作为一种常用的设计方案，受到了广泛的关注。
二、两级CMOS反相器低电压检测电路的原理1. CMOS反相器CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）反相器是由P型和N型MOS管共同组成的，具有低功耗、高噪声容限和良好的抗干扰性能等特点。
在低电压检测电路中，CMOS反相器常被用作电压比较器，用于监测输入电压是否低于某一设定阈值。
2. 两级CMOS反相器低电压检测电路两级CMOS反相器低电压检测电路是通过连接两个CMOS反相器来实现对电压的精确监测。
第一个CMOS反相器负责比较输入电压与参考电压，输出一个中间电平的信号；第二个CMOS反相器再将这个中间信号与另一电压比较，最终输出一个二值化的低电压检测结果。
通过使用两级CMOS反相器，可以提高电路的稳定性和准确性。
三、两级CMOS反相器低电压检测电路的设计与优化1. 电路参数的选择在设计两级CMOS反相器低电压检测电路时，需要合理选择CMOS 管的宽度、长度比，以及工作电压等参数。
这些参数的选择直接影响了电路的功耗、速度和噪声等性能指标。
通过对这些参数进行合理调整和优化，可以提高电路的性能表现。
2. 电路的失调和噪声分析由于实际制造工艺的不确定性，CMOS反相器在工作时可能存在一定的失调和噪声。
在设计两级CMOS反相器低电压检测电路时，需要进行相应的失调和噪声分析，并采取相应的校准和抑制措施，以确保电路的可靠性和稳定性。
3. 电路的功耗优化在现代电子产品中，对于功耗的要求越来越高。
在设计两级CMOS反相器低电压检测电路时，需要对电路的功耗进行优化。
可以采取一些低功耗技术比如动态逻辑、电源镜等，来降低整个电路的功耗。
第三讲反相器
❖ 稳态时输出与VDD或者GND之间总存在一条有限的电阻 通路。
❖ 输入阻抗很高，理论上，单个反相器可以驱动无数个门。 ❖ 稳态时候，电源和地之间没有直接的通路，没有电流存在
（忽略漏电流），即该门电路不消耗任何静态功耗。
6/
SMIC Logic18 反相器单元INV
从讨论区获得 ▪ 基本的仿真分析DC, AC, Trans,报告中须详细说明网表\激励\分析等内容 ▪ 作业以试验报告形式上交,电子版由班长收起后发email ▪ 使用国产软件者成绩加5分
23/
反相器的寄生电容
24/
瞬态响应
模拟时的输出过冲， 是因为反相器的栅漏 电容造成的
25/
7/
8/
回顾NMOS短沟道器件的I-V特性
X 10-4
2.5 2
VGS = 2.5V
VGS = 2.0V
1.5
1
VGS = 1.5V
0.5
VGS = 1.0V
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5 VDS (V)
NMOS 晶体管, 0.25um, Ld = 0.25um, W/L = 1.5, VDD = 2.5V, VT = 0.4V
▪ 自由组合，每组2-3人,亦可独立完成 ▪ 各组之内合理分工，团队合作完成一份实验报告及工作报告 ▪ 实验报告要求用专门的实验报告纸书写，工作报告中注明各人的分工及
工作完成情况 ▪ 更推荐使用国产EDA软件华大九天,需要者请与老师联系 ❖ 内容：学习使用HSPICE软件进行反相器的设计和优化，设计3款以上的反相 器 ▪ 基本的网表描述语法,激励加入方法 ▪ 采用tsmc 0.25um /smic 0.18um工艺进行仿真，工艺参数邮件通知或者
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。
CMOS反相器文档资料
---或门的逻辑描述
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY MYOR2 IS;
PORT(A,B:IN STD_LOGIC;
C: OUT STD_LOGIC );
END ENTITY MYOR2;
ARCHITECTURE FU1 OF MYOR2 IS
ENTITY HADDER IS
PORT (A,B:IN STD_LOGIC;
SO,CO:OUT STD_LOGIC);
END ENTITY HADDER;
ARCHITECTURE FH1 OF HADDER IS
BEGIN
SO<=A XOR B;
CO<=A AND B;
END ARCHITECTURE FH1;
多晶硅栅结构工艺
22
轻掺杂（LDD）漏注入工艺 每个晶体管都要经过两次注入，首先是称为轻掺杂漏注入的浅注入，随后
是中等或高剂量的源/漏（S/D）注入。轻掺杂漏注入使用砷和BF2这些较大质 量的掺杂材料使硅片表面成为非晶态。大质量材料和表面非晶态的结合有助 于维持浅结，浅结还有助于减少源漏间的沟道漏电流效应。N-轻掺杂漏注入 的步骤是：1、第五层掩膜（N-LDD注入）；2、N-LDD注入（低能量，浅 结），如图。P-轻惨杂漏注入的步骤是：1、第六层掩膜（P-LDD注入）；2、 P-LDD注入（低能量，浅结）。
cmos常用电路中异或门及反相器的功能
cmos常用电路中异或门及反相器的功能[CMOS常用电路中异或门及反相器的功能]CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是一种常用的集成电路技术，在数字电路中起着重要的作用。
在CMOS常用电路中，异或门和反相器是常常会使用到的两种基本的逻辑门。
它们在数字电路设计中起着至关重要的作用，本文将探讨它们的功能以及在CMOS电路中的应用。
首先，让我们来了解一下反相器的功能及原理。
反相器是一种基本的逻辑门，它的输出与输入恰好相反。
也就是说，当输入为高电平时，输出为低电平；而当输入为低电平时，输出为高电平。
反相器常用来翻转输入信号的逻辑电平，它的符号通常表示为一个箭头，箭头指向一个小圆圈，表示逻辑反相。
在CMOS电路中，反相器通常是通过两个晶体管和一个负载电阻来实现的。
当输入为高电平时，其中一个晶体管导通，另一个截至，从而让输出变为低电平；而当输入为低电平时，另一个晶体管导通，一个截至，输出变为高电平。
这种反相器的实现方式在CMOS电路中非常常见，因为它能够提供高稳定性和高性能。
接下来我们来了解一下异或门的功能及原理。
异或门是一种逻辑门，它的输出为1的条件是两个输入信号不同。
换句话说，只有在一个输入为1，另一个输入为0的时候，输出才会为1；其他情况下输出为0。
异或门的符号通常表示为一个希腊字母“Σ”，表示逻辑异或。
在CMOS电路中，异或门通常是通过多个晶体管和负载电阻来实现的。
它的结构相对复杂一些，但原理其实和反相器类似。
通过合理地配置晶体管的导通状态，可以实现对两个输入信号进行异或运算，并得到相应的输出。
CMOS异或门通常具有高速、高稳定性和低功耗的特点，因此在数字电路设计中得到了广泛的应用。
总的来说，反相器和异或门是CMOS电路中常用的两种基本逻辑门，它们分别提供了对输入信号进行反相和异或运算的功能。
在数字电路设计中，我们可以借助这两种逻辑门来实现各种复杂的逻辑功能，比如加法、减法、乘法等等。
《CMOS反相器》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
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
VCC VOL(max) RL(min)
m’ I IL
&
+V CC RP VOL IOL IIL
VCC VOL(max) I OL(max) m’ I IL
&
……
……
m’
所以： RL（min）＜RL＜RL（max）
&的情况是只有一个OC门导通
4）用OC门实现电平转换
对于不同系列的TTL器件，只要器件型号的后 几位数码一样，则它们的逻辑功能、外形尺寸、引
脚排列就完全相同。
例如，7420、74H20、74S20、74LS20都是四
输入双与非门，都采用14条引脚双列直插式封装，
而且各引脚的位置也是相同的。
图2.6.1
CMOS反相器
（b）电路图
（a）结构示意图
返回
5. 集电极开路门（OC门）
推拉式输出电路结构存在局限性。 首先，输出端不能并联使用。若两个门的输出
一高一低，当两个门的输出端并联以后，必然有很
大的电流同时流过这两个门的输出级，而且电流的
数值远远超过正常的工作电流，可能使门电路损坏。
而且，输出端也呈现不高不低的电平，不能实现应
有的逻辑功能。
1)集电极开路门的电路结构和逻辑符号 (1)电路结构：输出级是集电极开路的。 (2)逻辑符号：用“◇”表示集电极开路。
3.4V 0.2V
图2-21 用OC门实现电平转换的电路
6. 三态输出门电路（TS门）
三态门电路的输出有三种可能出现的状态： 高电平、低电平、高阻。 何为高阻状态？
悬空、悬浮状态，又称为禁止状态。
测电阻为∞，故称为高阻状态。 测电压为0V，但不是接地。 因为悬空，所以测其电流为0A。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0.5
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Vin (V)
三CMOS反相器的性能：动态特性
图7
影响一对串联反相器动态特性的寄生电容
四 功耗，能量和能量延时
• 动态功耗 • 静态功耗
• 由冲放电电容引起的动态功耗
图8 由低至高翻转期间的等效电路
翻转期间从电源中取得的能量值EVDD如下所示：
翻转结束时在电容上存储的能量EC如下所示：
静态CMOS反相器的中点增益
求导并求解dVout/dVin得到：
忽略某些二次项并令Vin=VM,得到下面增益表达式：
• 稳定性
器件参数变化
2.5
2
器 件 参 数 变 化 对 静 态 CMOS 好的PMOS 坏的 NMOS
1.5
Vout(V)
Nominal
1
好的NMOS 坏的 PMOS
反 相 器 VCT 的 影 响 图6
计算平均功耗为：
（a）大电容负载
（b）小电容负载
图11 负载电容对短路电流的影 响
图12 CMOS反相器通过NMOS晶体管的短路电 流与负载电容的关系（输入斜率固定为500ps）
• 静态功耗
图13 CMOS反相器中泄漏电流的来源（Vin=0V）
图14 VGS＝0时降低阈值会使亚阈值电流增加
小结
• 静态CMOS反相器把一个上拉的PMOS器件和一个下拉的 NMOS器件组合在一起。 • 该门具有几乎理想的电压传输特性。 • 它的传输延时主要由充放电负载电容CL所需要的时间决定。 使负载电容保持较小是实现高性能电路的最有效手段。 • 功耗主要是由在充电和放电负载电容时消耗的动态功耗决 定的。 • 是工艺尺寸变小是减小一个门的面积，传播延时以及功耗 的有效手段。 • 互连线的影响将在总延时和总性能中逐渐占有更大的比例。
在由低至高翻转期间CL被充以电荷CLVDD。提供这些电荷需要从 2 2 电源得到等于CLVDD 的能量。存放在电容中的能量等于CLVDD /2.
图9
在Cl充放电期间的输出电压和电源电流
• 直流通路电流引起的功耗
图10
过渡期间的短路电流
输入信号不为无穷大的斜率造成了开关过程中的VDD和GND之间在短 期内出现一条直流通路，此时NMOS和PMOS管同时导通。 在假设所形成的电流脉冲可近似成三角形及反相器的上升和下降响应是 对称的条件下，可以计算每个开关周期消耗的能量如下：
图3
静态CMOS反相器中NMOS和 PMOS管的负载曲线（Vdd=2.5V）
二CMOS反相器稳定性的评估—— 静态特性
• 开关阈值
开关阈值Vm定义为Vin=Vout的点，其值由VTC与直线Vin=Vout的交 点求得，见图4。
Vout
NMOS off PMOS res NMOS s at PMOS res NMOS sat PMOS sat NMOS res PMOS sat
(b) CMOS反相器开关模型
ID n Vin = 0 Vin = 2.5
PMOS
Vin = 0.5
Vin = 2
NMOS
Vin = 1 Vin = 1.5 Vin = 1.5 Vin = 2 Vin = 2.5
Vin = 1.5 Vin = 1 Vin = 1 Vin = 0.5 Vin = 0 Vout
1
1.5
2
2.5
NMOS res PMOS off 2.5 Vin
0.5
0.5
图4
1
1.5
2
由图3推导出的CMOS反相器的VTC
• 噪声容限
Vout V OH
VIH和VIL是dVout/dVin=-1时反相器的工作点
VM
V in V OL V IL V IH
图5 对VTC进行逐段线形近似简化了Vil和Vih的推导
静态CMOS反相器
主要内容
• • • • 直观综述 静态特性 动态特性 功耗，能量和能量延时
一 静态CMOS反相器——直观综述
V DD
V in
V out CL
图1
静态CMOS反相器，VDD代表电源电压
V DDV DDΒιβλιοθήκη RpV out Rn
V out
V in ＝ V DD
(a) 图2
V in ＝ 0