集成电路设计基础：05 Mos2

1、24 非饱和和自举MOS倒相器一、非饱和E/EMOS倒相器： 饱和EE倒相器有两个缺点： 1、VOHVDDVT 2、充电时间曲线拖一尾巴，速度慢 TL非饱和： VDSLVGSLVTL VDDVOVDDVTLVGGVDDTLTIViVo优点：1、VOHVDD，无损失 2、输出高电平时TL的导通电阻小，充电电流大，速度，虽多用一个电源，但性能大有改善二、自举MOS倒相器： 克服非饱和用两个电源的缺点 1、自举原理： 比普通反相器增加了预充电管TB和自举电容CbVDDTLTIViVoTBDSGCbCL2、寄生电容的影响VDDTLTIViVoTBCbCLTB的源区与衬底间的p-n结电容加TL的栅与衬底

2、间的寄生电容C1TB的栅源区迭交电容C2TL的栅源迭交电容C3等它们用一个对地电容Cs等效Cb是在TL的栅源之间做的一个MOS电容，C3与Cb并联，是自举电容的一部分C2C1CsC3与自举电容有关的寄生电容包括:3、泄漏电流的影响 反偏的p-n结存在泄漏电流。因此Cs和Cb上的电荷将逐渐泄放，从而引起VGL的降低。VGL一直降到TB由截止到导通，才能补充损失的电荷。VGL的下降将会导致TL截止。于是VO，直到TL导通为止。因此自举倒相器高电平输出值能在瞬间保持为VDD，静态时VOHVDD2VT。 因此，在低频工作的电路中，可在输出端增加一个辅助上拉元件。 如增加一个共栅漏的提拉管T，可使VOH

3、VDDVT 增加一个高阻值电阻R，使VOHVDD，从而克服阈值损失VDDTLTIViVoTBCbRCsT25 E/D MOS的倒相器VDDTDViDSGTEDSGVo耗尽型：VGS0，一直导通 （有导电沟道）增强型一、静态特性 输出特性先画出TD的输出特性曲线，我们感兴趣的是VGS0那一根IDS0VDSVGS0再画出TE的输出特性，只画Vi“0”和ViVDD两根考虑到IDSIDS，VDS=VDDVDS把TD的线倒过来，画入Vi“0”时，VOVOHVDDViVDD时，VOVOLIDS0 VOL VOH VDDVDSViVDDVi“0”开B关ATD传输特性VoVi VDD A VOHmin VDD

4、+VTD低电平噪声 VOLmaxVNMLVNMH0 VOL VTE VIL VIH VDD BCDETD非饱和TE饱和均饱和TD饱和TE非饱和VO=VI-VTE对于TD，分区线是VO=VDD+VTD对于TE，分区线是VOVi VTE 还有ViVTE,判断TE是否截止噪容： VIL用BC段，VIH用DE段E/D MOS的倒相器静态特性的特点： a、VOHVDD，无损失 b、基本上是无比电路，通过调节VTD可使VOL，可减小面积 c、噪容大 d、负载管具有恒流特性，速度较快二、瞬态特性 下降时间的分析方法和E/E倒相器类似。忽略放电过程中同时出现的充电电流，这样处理很粗糙，好在下降时间和上升时间相

5、比要短得多 这里我们主要讨论上升时间： VO从0.1VDD0.9VDD所需的时间：trTD上的电压为VDD-V0，随着V0的上升而下降TD从饱和状态（tr1）到非饱和状态（tr2），故tr要分成tr1和tr2两部分VDDTDViTEDSGVoCL充电VO0 trt饱和非饱和tr1 tr2 VDD 0.9VDDVDDVTD 0.1VDD三、速度功耗乘积平均延时：平均静态功耗：优值：26 静态MOS电路一、E/E MOS门电路 1、与非门： 2、或非门VDDT3AT1T2BABVDDT3AT2BABF为了保证低电平接近0V，要求串联的输入管具有较大的WL，占面积较大并联，不要求增大输入管的WL，较

6、常用3、与或非门VDDABABCCF4、异或门BA VDD5、驱动门 虽然MOS IC是“压控”器件，无拉电流、灌电流，但扇出系数仍受到后级输入电容的限制。电容过大会使上升时间加长，何况有时还要求带一定的直流负载。当然可以加大管子尺寸来提高开关速度，增大驱动能力。但这样功耗又增加了，并占用了更多的管芯面积。所以，驱动门得到了广泛的应用。（又称为推挽电路或图腾电路） 驱动门的基本想法是设法使反相器中的两个管子（上拉元件和下拉元件）交替导通，以减小直流功耗。由于是交替导通，就可按无比电路设计，独立确定两个元件的尺寸，这样就可能比单个反相器更节省面积。为了实现交替导通，必须向它提供一对互补信号，所以

7、推挽电路都由二级组成，第一级提供互补信号，第二级构成无比电路作为输出级。VDDAT2T1T4T3反相输出：T1、T2组成倒相器提供互补信号，T3、T4 是大跨导MOS管，交替导通，静态功率几乎为零缺点：VOHVDD2VT改进：加上T5，VOHVDDVT同相输出：T3、T4输入交换T56、自举推挽电路 把推挽电路中的普通倒相器改成自举倒相器，就构成了自举推挽电路VDDVi T2VOT1T5T3T4 T6Cb上拉管自举倒相器 推挽（反相输出）VO7、三态输出电路 在数字系统中，有的地方要求驱动器在不传输数据时处于悬空状态，输出端与电源和地都处于断开状态，对与它相连的其他部件的数据状态不发生影响，这

8、时需用到三态输出电路。VDDT2FT1TSC A+二、ED MOS门电路1、与非门、或非门、与或非门和EE MOS门电路相似，例如与非门：VDDFBA 2、ED MOS驱动门 与EE电路形式相似，但有一些问题：VDDT4 VOT3T2VOT1ViVi=“1”时，VO=“0”，T3截止，T4导通，VO“1”。T4栅加了高电平，比T2导通得更好，充电速度快但Vi“0”时，VO“1”，T3导通，但T4也导通（不能交替导通）而T4是大跨导的，所以功耗较大改进方法：将T4改为增强型，静态功耗约为0，因为可实现交替导通。但Vi“1”时，T3、T4组成EE倒相器，会出现EE饱和倒相器的问题，VOHVDDVT，上升沿拖尾巴采用EO电路，把T4换成VT0的管子，当Vi“0”时，T4不通，Vi“1”时，充电电流大，无阈值损失。三、触发器电路1、EE MOS触发器基本RS触发器 用或非门组成：Q Q S R QSQRVDDQ QSR +