集成电路设计基础：07 Mos4

1、3-2 传输门开关 前面讲倒相器是MOS数字电路的基本单元，传输门也是一种基本单元。一、单沟道MOS的传输门 MOSFET处在大信号工作时，有导通和截止两种状态，因此可作为电子开关。 MOS开关接在A、B两电路之间，用以控制其间的信号传递，故称为传输门。VGVA（或VB）VTN A、B导通VGVA（或VB）VTN A、B断开模拟开关A BG1、传输高电平：以NMOS为例VDSIDSViVo CLVG=Vi=VDD CL上起始电压为0根据电流方向可确定输入端为漏，输出端为源 （电流DS，电子SD）TN管是源跟随器状态当Vo增加到VoVDDVTN时，N管截止，rON 故Vo比Vi小一个VTN，有

2、损失，这是缺点之一。 缺点二：速度慢rON0 VTN VDDVDS(Vi-Vo)开始截止区关ArON GD S2、传输低电平 GS DVDSIDSViVo CLVGVDD，Vi0CL上的起始电压为VDD根据电流方向判断S、DTN管是漏负载级，源接地VGSVDD，恒栅压rON0 VDDVTN VDDVDS(Vo-Vi)开始恒流区最后rON开始时：VGSVDSVDD二、CMOS 传输门 单沟道MOS传输门存在两个缺点，CMOS传输门则可弥补这个不足。VDDVSSVGPVGNI/O O/IVGN1 VGP0 则导通VGN0 VGP1 则截止CMOS传输门由一对互补的MOS管并联而成VGN和VGP总是

3、互补的，幅度与输入电压相等双向传输1、传输高电平“0”VDDVi=VDD VoCLS DD SIP管：漏负载级 VGSPVDDN管：源跟随器 VGSNVDSNrON rN rP TN截止 TP恒流rON0 VTN VDDVTN VDD (Vi-Vo)在区虽N管截止，但P管导通，、区两管均导通，这就克服了单沟道的两个缺点2、传输低电平 N管：漏负载级 P管：源跟随器3-3 开关逻辑门利用开关阵列来实现逻辑功能门的控制既可以外加控制信号源，也可以用输入变量来提供、 通道选择电路二输入通道选择电路： S=0,F=A S=1,F=B2、或门A=1，TG 不通，Tp通 ，F=1A=0，TG通，Tp不通，

4、 F=B Tp只用来传输高电平，无阈值损失3、与非门 、或非门或非门与非门4、异或、异或非异或异或非、通用功能模块传输门可构成通用逻辑模块，芯片面积小，功耗低由前面分析可以看出电路结构完全相同，随着输入端和控制端所选用的变量不同可实现不同的逻辑功能二输入变量的通用功能模块：当输入端和控制端都用作变量时，存在时间问题：如当控制端的变量先于输入端的变量变化时，则在输入端会保持原来所输入的电平值，此时输入端的变量再变化则对输出没有影响，进而出现逻辑错误。所以通常输入端采用固定的电平，控制端则用二变量来控制。下图中版图尺寸将增大，控制端由2 4，输入也为4通过改变输入端，可实现2变量的所有16种逻辑功

5、能34 静态CMOS电路一、CMOS门电路1、与非门和或非门ABABVDDVDD与非门：P并N串或非门：P串N并（以N管为准）（再加1级反相器则为与门和或门）要增加输入端只要相应增加P管和N管即可。但最多不超过4个输入端，这是因为：MOS管串联工作时，实际宽长比为WLNG GnnnS D S D L L衬底偏置效应的影响：上面管子的源极电位越来越高，使VTWK有效=K/N并联时要根据情况判定：电流同时流过2个管子， K有效=2K电流只流过1个管子， K有效=K2、门电路的传输特性（取决于输入的组合情况） 以双输入与非门为例：把A、B二个输入端短接，电流会流过并联的T1,T2和串联的T3和T4当

6、把一个输入接VDD(无效),只使用一个输入端时，电流仅流过T1, T3和T4讨论：门电路的传输特性和个因素有关：门电路的种类：是与非还是或非，即哪些并联，哪些串联：输入端接法与非门P管并联，当输入管并联增加时，V*向VDD方向移动或非门N管并联，相反实际门电路都要加缓冲级，以提高搞干扰能力， 同时增加扇出能力（驱动能力对称，驱动电流）方法：再加二级倒相器（与门和或门实为级）缺点：延迟时间3、CMOS与或非门任何复合门和各种组合逻辑都可通过与非门和或非门构成 与或非门可以由个与门和一个或非门构成简化：4、三态反相器：5、三态缓冲电路S=1时，由Tp0和Tn0组成的传输门通，把Tp1的漏和Tn1的

7、漏连上，而Tp2和Tn2都截止。组成二级反相器的缓冲电路S=0时，传输门断开，Tp2和Tn2导通，将Tp3和Tn3的栅极分别接VDD和地，呈高阻态二、CMOS触发器： 1、基本RS触发器 由两个CMOS或非门接成+Q QR SR SQ QVDD2、D锁存器把一对互补的输入信号送入RS触发器，并由CP控制，就构成了D锁存器如用CMOS传输门和CMOS倒相器来构成D锁存器，则结构简单，占用硅片面积小=1，TG1通，TG2断，数据D经TG1和G1的延迟传送到 ，再经过G2至Q.=0，TG1断，TG2通，Q端信息经TG2，G1,G2的延迟再反馈回来，使信息保持三、CMOS电路的基本参数1、静态参数：

8、静态参数主要有：VOH、VOL、VNML、VNMH 静态电流IL：表示静态功耗 IL PC 输入电流IIN：表述输入阻抗 IIN 阻抗 驱动电流IOH：输出为高电平时的供电电流，又叫输出供给电流IDPTP给CL充电 驱动电流IOL：输出为低电平时的吸入电流，又叫输出吸收电流IDNTN放电求法：IOH：取VO0.9VOH时IDSP，这时P管处在非饱和区IOL：取VOL0.5V情况下的IDSN，N管也处在非饱和区，用非饱和区的电流方程反之，对IOH，IOL又要求，可推出KN、KP2、动态参数主要有：tr、tf； 传输延迟时间tPHL、tPLH，最高频率等值得一提的是： CMOS IC不像TTL电路那样明显给出每个输出端的扇出能力。因为MOS管是“压控”器件，低频下每个输出端可驱动几十个输入端，但高频下带的负载不能过多。CL tr tf3-5 CMOS 门电路的设计一、版图尺寸与实际尺寸的关系： 由于漏源扩散时的横向扩散，使沟道长度变窄GnnS D L版图上长度为LM实际为LM2XjL X