cmos集成電路設(shè)計基礎(chǔ)-數(shù)字集成電路基礎(chǔ)-全文預(yù)覽
【正文】 ? ??總的反相器功耗 PD=PD1+PD2 由以上分析可得結(jié)論： 要降低功耗， 必須要按比例減小管子的尺寸 (CL減小 )， 特別是減小供電電壓 UDD。 (2) 當 UGSN=UiUTHN時， NMOS導(dǎo)通。 當 Ui由“ 0” → “ 1”時， 輸出電壓 Uo由“ 1” → “ 0” , V1導(dǎo)通， V2截止， IDN使 CL放電 (反充電 )， Uo下降。 5. EF段 隨著 Ui進一步增大 ， 當滿足 UDD+UTHP≤Ui≤UDD 時 ， P管截止 ， IDP=0, N管維持非飽和導(dǎo)通而導(dǎo)致 Uo=0。 CMOS反相器 CMOS 反相器的特點 （一） 電壓擺幅接近電源電壓，噪聲容限大。 ② Ui升高， 有 UGNUiUTHN N管導(dǎo)通 |UGPUi||UTHP| P管導(dǎo)通 此時， N管、 P管共同向 CL充電， 仍使 Uo=Ui。 UGUiN M O SUoP M O SUoUDDUDD00UDDUDDUDD( UDD－ UTH) ( UDD－ UTH)|UT H P|0CMOS傳輸門 根據(jù) NMOS和 PMOS單管開關(guān)的特性， 將其組合在一起形成一個互補的 CMOS傳輸門， 這是一個沒有閾值損失的理想開關(guān)。 (1) 當 UG=“１ ”(接 UDD， 高電平 )時， PMOS管截止， 開關(guān)斷開， Uo=0。 (2) 當 UG=“1”(UDD)時， NMOS管導(dǎo)通 (開關(guān)合上 )， 此時視 Ui的大小分兩種情況： ① UiUGUTH(UTH為 NMOS管閾值電壓 )， 輸入端呈開啟狀態(tài)， 設(shè) Uo初始值為零， 則 Ui剛加上時， 輸出端也呈開啟狀態(tài)， NMOS管導(dǎo)通， 溝道電流對負載電容充電， 直至Uo=Ui。 可靠性 ― 數(shù)字集成電路中的噪聲 噪聲來源： （ 1）串擾（ 2）電源與地線噪聲（ 3）干擾（ 4）失調(diào)應(yīng)當區(qū)分： （ 1）固定噪聲源（ 2）比例噪聲源 浮空節(jié)點比由低阻抗電壓源驅(qū)動的節(jié)點更易受干擾 設(shè)計時總的噪聲容限分配給所預(yù)見的噪聲源 高電平噪聲容限 低電平噪聲容限 最低輸入高電平（ VIHmin） 最低輸出高電平（ VOHmin） 最高輸入低電平（ VILmax） 最高輸出低電平（ VOLmax） 高電平噪聲容限 (NMH) ＝ VOHmin － VIHmin 低電平噪聲容限 (NML) ＝ VILmax － VOLmax 理想邏輯門 Ri =∞ Ro =0 Fanout =∞ NMH = NML = VDD/2 （ 3） 邏輯門的 “ 單向性 ” ：輸出電平的變化不應(yīng)出現(xiàn)在任何一個輸入上但實際情況在輸出與輸入之間總有反饋。CMOS集成電路設(shè)計基礎(chǔ) － 數(shù)字集成電路基礎(chǔ) 對邏輯門的基本要求 1） 魯棒性 （用靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)行為來表示） 靜態(tài)特性常常用電壓傳輸特性（ VTC） 來表示即輸出與輸入的關(guān)系），傳輸特性上具有一些重要的特征點。一個門對于噪聲的敏感程度由 噪聲容限表示。 Ui U oCLUG( a )UiUo0 0 ( 理想 0)1 1 ( 非理想 1)( b )110UG( c )011Uo/( UG－ UTH)UG－ UTHUi / ( UG－ UTH)(a) 電路； (b) 等效開關(guān)； (c) 傳輸特性 (1) 當 UG=“0”(接地 )時， NMOS管截止 (開關(guān)斷開 )， 輸出 Uo=0。 若此時 Ui=UG=UDD， 則輸出電壓 Uo為 Uo=UGUTH=UiUTH=UDDUTH PMOS單管開關(guān) PMOS單管開關(guān)電路如圖所示， 其襯底接 UDD。 下圖給出了閾值損失的波形示意圖。 (2) 當 UGN=“1”, UGP=“0”時， Ui由 “ 0” 升高到 “ 1” 的過程分為以下三個階段 (分析中， 設(shè) “ 1” 為 UDD=5Ｖ， “ 0” 為接地 (0 V）， UTHN=|UTHP|= V): ① Ui較小， 有 UGNUiUTHN N管導(dǎo)通 |UGPUi|UTHP P管截止 N管導(dǎo)通區(qū) 此時， N管接近理想開關(guān)， N管溝道電流向 CL充電，使 Uo=Ui。 一般 L取工藝最小寬度 (2λ）， 那么， 要使 ID大， 就要將溝道寬度W設(shè)計得大一些。 N管做為 P管的負載管， rdsn很小， 所以增益減小， Uo變化緩慢。 因此 ， 無論 Ui是 “ 0” 或 “ 1” ， 總有一個管子是截止的 ， ID=0, 故靜態(tài)功耗 PS=ID UDD=0 2. 動態(tài)功耗 (瞬態(tài)功耗 )PD 1) 對負載電容 CL充放電的動態(tài)功耗 PD1—— 交流開關(guān)功耗 設(shè)輸入信號 Ui為理想
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