CMOS反相器的分析与设计

Vin－VTP=Vout的斜线： PMOS线性区/饱和
区
17
CMOS反相器的分析与设计
Voltage Transfer Characteristic(VTC)
VDD
Vout +VTP=Vin
V in
Vout
Vout+VTN
=Vin
3区的高度为两个阈值之和
18
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
Vit
KrVTN VDDVTP 1 Kr
14
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
(4) Vout+VTN<Vin<VDD+VTP，NMOS线性， PMOS饱和
KNVinVTN 2VinVTNVout 2KP VinVTPVDD2
1
Vout
无比电路 数字电路中作为开关使用(导通电阻、截止电阻) NMOS——下拉开关， PMOS——上拉开关
7
CMOS反相器的分析与设计
3.2 CMOS反相器的直流特性
3.2.1 直流电压传输特性 3.2.2 直流转移特性 3.2.3 直流噪声容限
8
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
V out 0
Vin在一定范围变化(VDD+VTP ～ VDD)，Vout始终保持0。
16
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
Vin=VTN的垂直线： NMOS截止/导通
Vin=VDD+VTP的垂直 线：PMOS导通/截 止
Vin－VTN=Vout的斜线： NMOS饱和区/线性 区
输出电平与输入电平之间的关系： 直流电压传输特性(VTC)
NMOS与PMOS可以同时导通：
IDN IDP
并始终有如下关系：
VG SNVin,
VD SNVout
VG SPVinVD D, VD SPVoutVD D
9
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
Vin=VTN的垂直线： NMOS截止/导通
Vin=VDD+VTP的垂直 线：PMOS导通/截 止
Vin－VTN=Vout的斜线： NMOS饱和区/线性 区
Vin－VTP=Vout的斜线： PMOS线性区/饱和
区
10
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
(1) 0≤Vin≤VTN，NMOS截止， PMOS线性
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
(3) Vout+VTP≤Vin≤Vout+VTN，NMOS饱和， PMOS饱和
KN Vin VTN 2 KP Vin VTP VDD 2
Vit
KrVTN VDDVTP 1 Kr
13
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
(3) Vout+VTP≤Vin≤Vout+VTN，NMOS饱和， PMOS饱和 Vit：逻辑阈值电平(转换电平)， VTC垂直下降 如果VTN = -VTP，KN=KP， 则Vit=VDD/2， Vout/Vin趋向
于无穷大。
KN Vin VTN 2 KP Vin VTP VDD 2
理想VTC曲线： ✓ (1)为输出高电平区，(2)、(3)、(4)为转变区，(5)为输
出低电平区。其中(3)表现为垂线段。
实际VTC曲线： ✓ (3)不再是垂线段；偏移。
Vin作为PMOS和NMOS的共栅极；
GND
Vout作为共漏极；
VDD作为PMOS的源极和体端；
GND作为NMOS的源极和体端
CMOS反相器的分析与设计
4
3.1 CMOS反相器的结构和基本特性
若输入为“1”(Vin= VDD)： ✓ VGSN = VDD ， VGSP = 0V ✓ NMOS导通，PMOS截止 ✓ 输出“0” (Vout = 0V)
Vout Vin
5
CMOS反相器的分析与设计
3.1 CMOS反相器的结构和基本特性
若输入为“0”(Vin = 0V)： ✓ VGSN = 0V， VGSP=－VDD ✓ NMOS截止，PMOS导通 ✓ 输出“1” (Vout = VDD)
Vout Vin
6
CMOS反相器的分析与设计
3.1 CMOS反相器的结构和基本特性
K NV inV TN2K P V inV TPV D D2V inV TPV out
2
1wk.baidu.com
V out V inV TP V inV TPV D D2K r V inV TN2 2 Vout随Vin的增加而非线性地下降, Kr=KN/KP为比例因子。
12
CMOS反相器的分析与设计
VinVTN
VinVTN
21 Kr
VinVTPVDD22
Vout随Vin的增加而非线性地下降。
15
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
(5) VDD≥Vin≥VDD+VTP，NMOS线性， PMOS截止
ID PID NK N V inV T N2V inV T NV out 2 0
ID NID PK P V in V T P V D D2V in V T P V o u t 2 0
V o u t V D D
Vin在一定范围变化(0～VTN)，Vout始终保持VDD。
11
CMOS反相器的分析与设计
3.2.1 CMOS反相器的直流电压传输特性
(2) VTN<Vin<Vout+VTP ，NMOS饱和， PMOS线性
第3章 CMOS反相器的分析与设计
CMOS反相器的分析与设计
第3章 CMOS反相器的分析与设计
3.1 CMOS反相器的结构和基本特性 3.2 CMOS反相器的直流特性 3.3 CMOS反相器的瞬态特性 3.4 CMOS反相器的设计
2
CMOS反相器的分析与设计
3.1 CMOS反相器的结构和基本特性
NMOS管的衬底接地， PMOS管的衬底接VDD。
输入端——栅极
输出端——？极
如何判断分析器中NMOS 和PMOS器件的源漏区？
是否有衬偏效应？
3
CMOS反相器的分析与设计
CMOS Inverter
VDD
V in
反相器的逻辑符号
Vin
Vout
V DD
V ou t
t
Input
Output
特点：