第一章—倒相器

1、2021/3/231 第一章 MOS倒相器 2021/3/232 MOS倒相器 n电阻负载倒相器 n增强型MOS负载倒相器 饱和负载倒相器 非饱和负载倒相器 n耗尽型MOS负载倒相器（E/D MOS） n互补型MOS负载倒相器（CMOS） 2021/3/233 1-1 电阻负载倒相器 n负载线和工作点 负载器件和驱动器件 负载线 工作点 关态 A 开态 B 1 i V 0 o V 0 i V 1 o V oDDDSL VVIR DDo DS L VV I R 2021/3/234 1-1 电阻负载倒相器 nMOS管的电压传输特性 截止区 饱和区 非饱和区 oDD VV iT VV TioT V

2、VVV 21 2 DSniT IVV 21 2 DDo niT L VV VV R nnox W C L ox ox ox C t ioT VVV 2 1 2 2 DDo niToo L VV VVVV R 2021/3/235 1-1 电阻负载倒相器 n电阻负载倒相器的特性参数 输出高电平 VoH 输出低电平 VoL oHDD VV 2 1 2 2 DDoL niHToLoL L VV VVVV R 1() DDONDD oL nLiHTL VRV V R VVR 2021/3/236 1-1 电阻负载倒相器 n电阻负载倒相器的特性参数 开门电平 Von 关门电平 Voff 2 max ma

3、xmax 1 2 2 DDoL nonToLoL L VV VVVV R maxmax max 2 oLDDoL onT nLoL VVV VV R V 2 min 1 2 DDoH noffT L VV VV R 12 min 1 2 DDoH offT nL VV VV R 2021/3/237 1-1 电阻负载倒相器 n电阻负载倒相器的特性参数 噪声容限 n低电平噪声容限 n高电平噪声容限 NLoffiLoffoL VVVVV NHiHonoHon VVVVV 2021/3/238 1-1 电阻负载倒相器 n瞬态特性 L DDo R L VV i R L o CL dV iC dt LL

4、 RC ii 0.9 00.1 rDD DD tV o LL V DDo dV dtR C VV 0.1 ln2.2 0.9 DDDD rLLr DDDD VV tR C VV rLL R C 2021/3/239 1-2 饱和负载倒相器 n负载线和工作点 负载管饱和 负载线 工作点 n关态 A 开态 B DSLGSLT VVV 21 2 DSLLDSLT IVV DSLDDo VVV 21 2 DSLDDoT IVVV 2021/3/2310 1-2 饱和负载倒相器 n电压传输特性 截止区 饱和区 iT VV 21 0 2 LDDoT VVV oDDToH VVVV TioT VVVV 22

5、11 22 LDDoTIiT VVVVV DDoTRiT VVVVV RIL 2021/3/2311 1-2 饱和负载倒相器 n电压传输特性 非饱和区 2 2 11 2 22 LDDoTIiToo VVVVVVV ioT VVV 2 2 2 DDoTRiToo VVVVVVV 2021/3/2312 1-2 饱和负载倒相器 n静态参数 输出高电平 VoH 输出低电平 VoL oHDDT VVV 2 2 DDT oL RiT VV V VV RIL IL W LW L 2021/3/2313 1-2 饱和负载倒相器 n静态参数 开门电平 Von 关门电平 Voff 2 max max max 2

6、2 DDoLT oL onT RoL VVVV VV V minDDoHT offT R VVV VV 2021/3/2314 1-2 饱和负载倒相器 n静态参数 噪声容限 n低电平噪声容限 n高电平噪声容限 NLoffiLoffoL VVVVV NHiHonoHon VVVVV 2021/3/2315 1-2 饱和负载倒相器 n瞬态特性 L r mL C g 2 00 2ro tV oL L DDoT dV dt C VVV o rSC DDTo V t VVV L f mI C g rf 21 2 LLDDoT iVVV o CL dV iC dt 1 2 L SC LDDT C VV 2

7、021/3/2316 1-2 饱和负载倒相器 n瞬态特性 归一化处理 由 得 oHDDT VVV 1 oDDT rSC oDDT VVV t VVV 1 orSC DDTrSC Vt VVt 9 rSC t 0.9 o DDT V VV 2021/3/2317 1-3 非饱和负载倒相器 n负载线和工作点 负载管非饱和 负载线 工作点 n关态 A 开态 B GGDDT VVV GSLTDSL VVV 21 2 2 DSLGGoTDDoDDo IVVVVVVV 2021/3/2318 1-3 非饱和负载倒相器 n电压传输特性 令非饱和因子 21 2 2 DSLGGoTDDoDDo IVVVVVVV

8、 2 21 1 2 GGTDD oo LDD DDDDDD VVVVV V VVV 2 DD GGTDD V m VVV 2 1 2 11 LDD oo DS DDDD V VV Im mVV 01m 2021/3/2319 1-3 非饱和负载倒相器 n电压传输特性 截止区 饱和区 m1时,近似成线性关系,斜率 iT VV oDDoH VVV TioT VVVV 0 DS I 2 2 11 iT oo R DDDDDD VVVV mm VVV R m 2021/3/2320 1-3 非饱和负载倒相器 n电压传输特性 非饱和区 2 2 11 iT oooo R DDDDDDDDDD VVVVVV

9、 mm VVVVV ioT VVV 2 2 DD oL RiT V V mVV 2021/3/2321 1-3 非饱和负载倒相器 n静态参数 输出高电平 VoH 输出低电平 VoL oHDD VV 2 2 DD oL RiT V V mVV 2 DD GGTDD V m VVV 01m 2021/3/2322 1-3 非饱和负载倒相器 n静态参数 开门电平 Von 关门电平 Voff 2 2 maxmax max max 11 2 oLDDoLDD oLDD onT RDDoL VVmVVVV VV mVV minmin 1 offDDoHDDoHT R VVVVmVV m 2021/3/23

10、23 1-3 非饱和负载倒相器 n瞬态特性 00 11 ro o tV DD SCL oo DDDD V d V dtR C VV m VV o CL dV iC dt 1 2 SC LDD m R V 2 1 2 11 LDD oo L DDDD V VV im mVV 2021/3/2324 1-3 非饱和负载倒相器 n瞬态特性 1 2 L SCSCL LDD mC R C V 1 1 ln 1 1 o DD rSC o DD V m V t V m V 1 1 1 1 SC SC m t o m t DD Ve Vme 2021/3/2325 1-4 耗尽型负载倒相器 n工作原理 驱动管

11、 增强型MOS管 负载管 耗尽型MOS管 负载管导通 0 T V 0 P V 0 GS V 2021/3/2326 1-4 耗尽型负载倒相器 n负载线和工作点 负载线 n负载管饱和 n负载管非饱和 工作点 n关态 A 开态 B oDDP VVV 2211 22 DSLGSPLP IVVV oDDP VVV 21 2 2 DSLPDDoDDo IVVVVV 2021/3/2327 1-4 耗尽型负载倒相器 n电压传输特性 截止区 饱和区 n负载管工作在非饱和区 n负载管工作在饱和区 n过渡点 iT VV oDDoH VVV TioT VVVV 0 DS I 2 2 DDoPDDoRiT VVVV

12、VVV 22 LPIiT VVV P iT R V VV 2021/3/2328 1-4 耗尽型负载倒相器 n电压传输特性 非饱和区 n负载管工作在饱和区 2 2 2 LPIiToo VVVVV ioT VVV 2 2 P oL RiT V V VV 2021/3/2329 1-4 耗尽型负载倒相器 n静态参数 输出高电平 VoH 输出低电平 VoL oHDD VV 2 2 P oL RiT V V VV 2021/3/2330 1-4 耗尽型负载倒相器 n静态参数 开门电平 Von 关门电平 Voff 2 2 max max 1 2 P onoLT RoL V VVV V minmin 1

13、2 offDDoHPDDoHT R VVVVVVV 2021/3/2331 1-4 耗尽型负载倒相器 n瞬态特性 负载管工作在饱和区 1 0.1 21 2 DDP DD VV L ro V LP C tdV V 21 2 o LPL dV VC dt 2 0.9 1 2 LDDP LP CVV V 2021/3/2332 1-4 耗尽型负载倒相器 n瞬态特性 负载管工作在非饱和区 0.9 22 1 2 2 DD DDP V oL r VV PDDoDDo L dVC t VVVVV 21 2 2 o LPDDoDDoL dV VVVVVC dt 20.1 ln 1 0.1 2 2 LPDD D

14、D LP CVV V V 2021/3/2333 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n工作原理 驱动管 增强型NMOS管 负载管 增强型PMOS管 时 n驱动管截止 n负载管导通 时 n驱动管导通 n负载管截止 0 TN V 0 TP V 0 i V GSNTN VV GSPTP VV 1 i V GSNTN VV GSPTP VV 2021/3/2334 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n负载线和工作点 负载线 n负载管截止 n负载管饱和 n负载管非饱和 工作点 n关态 A 开态 F iDDTP VVV 0 DS I TPoiDDTP VVVVV 21 2 DSLiDDTP IVV

15、V iTPo VVV 21 2 2 DSLiDDTPoDDoDD IVVVVVVV 2021/3/2335 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n电压传输特性 区 n驱动管截止 n负载管非饱和 区 n驱动管饱和 n负载管非饱和 iTN VV oDDoH VVV TNioTN VVVV 0 DS I 2 2 oDDiDDTPoDDRiTN VVVVVVVVV iTPo VVV iTPo VVV 2021/3/2336 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n电压传输特性 区 n驱动管饱和 n负载管饱和 n过渡点 22 iDDTPRiTN VVVVV TNioTN VVVV 1 DDTPRTN

16、i R VVV V TPoiDDTP VVVVV 2021/3/2337 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n电压传输特性 区 n驱动管非饱和 n负载管饱和 区 n驱动管非饱和 n负载管截止 2 2 2 iDDTPRiTNoo VVVVVVV ioTN VVV ioTN VVV 2 1 02 2 IiTNoo VVVV 0 ooL VV TPoiDDTP VVVVV iDDTP VVV 2021/3/2338 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n静态参数 输出高电平 VoH 输出低电平 VoL 开门电平 Von 关门电平 Voff oHDD VV 0 oL V 2 minmin 2 o

17、HDDoffDDTPoHDDRoffTN VVVVVVVVV 2 2 maxmax 2 onDDTPRonTNoLoL VVVVVVV 2021/3/2339 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n瞬态特性 上升时间 n负载管饱和0 i V oTP VV 21 0 2 o LDDTPL dV VVC dt 1 0.1 21 2 TP DD V L ro V LDDTP C tdV VV 2 0.1 1 P P P 1 2 L P LDD C V TP P DD V V 2021/3/2340 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n瞬态特性 上升时间 n负载管非饱和0 i V oTP VV

18、21 2 0 2 o LDDTPoDDoDDL dV VVVVVVC dt 0.9 2 1 2 2 DD TP V oL r V oDDDDTPoDD L dVC t VVVVVV ln 1920 2 1 P P P 2021/3/2341 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) n瞬态特性 下降时间 n驱动管饱和 n驱动管非饱和 iDD VV oDDTN VVV iDD VV oDDTN VVV 12fff ttt 2 0.11 ln 1920 2 1 1 N NN N N 1 2 L N IDD C V TN N DD V V 2021/3/2342 1-5 互补型负载倒相器(CMOS) nCMOS倒相器的设计考虑 噪声容限 1 21 DDTPRTN iDD R VVV VV 11 21 PRN R 2021/3/2343 1-5