cmos集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-數(shù)字集成電路基礎(chǔ)(編輯修改稿)
2024-08-11 18:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 |UT H P| UiUiUo( a )UDD( b )反相器的直流傳輸特性 (a) 電路； (b) 直流傳輸特性 1. AB段 在 AB段 ， 0UiUTHN, IDN=0, N管截止 ， P管非恒流 (飽和 )導(dǎo)通 ， 有 Uo=UOH=UDD 2. BC段 UTHNUiUo+|UTHP| 即 UGDP=|UiUo||UTHP| 3. CD段 當(dāng) Ui進(jìn)一步增大 ， 且滿足 Uo+|UTHP|≤Ui≤Uo+UTHN N管和 P管的電流相等 ， 根據(jù)電流方程： 22)(2)(2T H PG S PNoxpDPT H NG S NNoxnDNUULWCIUULWCI??????????????????令 PoxpPNoxnNLWCLWC??????????????????DPDNTPDDiPDPT HNiNDNIIUUUIUUI??????22)(2)(2??則 且 PNT H PT H NDDT H NiTUUUUU?? /1 ?????可得反相器的閾值電壓 UiT為 4. DE段 隨著 Ui繼續(xù)上升， 當(dāng)滿足 Uo+UTHNUiUDD+UTHP 時(shí)， N管退出恒流 (飽和 )導(dǎo)通， 進(jìn)入線性導(dǎo)通區(qū)， 而 P管仍維持在恒流 (飽和 )導(dǎo)通區(qū)。 N管做為 P管的負(fù)載管， rdsn很小， 所以增益減小， Uo變化緩慢。 5. EF段 隨著 Ui進(jìn)一步增大 ， 當(dāng)滿足 UDD+UTHP≤Ui≤UDD 時(shí) ， P管截止 ， IDP=0, N管維持非飽和導(dǎo)通而導(dǎo)致 Uo=0。 CMOS反相器功耗 1. 靜態(tài)功耗 PS 當(dāng) Ui=0 時(shí) ， V1截止 ， V2導(dǎo)通 ， Uo=UDD(“1”狀態(tài) )。 當(dāng) Ui=UDD(“1”)時(shí) ， V1導(dǎo)通 ， V2截止 ， Uo=0(“0”狀態(tài) )。 因此 ， 無論 Ui是 “ 0” 或 “ 1” ， 總有一個(gè)管子是截止的 ， ID=0, 故靜態(tài)功耗 PS=ID UDD=0 2. 動(dòng)態(tài)功耗 (瞬態(tài)功耗 )PD 1) 對(duì)負(fù)載電容 CL充放電的動(dòng)態(tài)功耗 PD1—— 交流開關(guān)功耗 設(shè)輸入信號(hào) Ui為理想方波。 當(dāng) Ui由“ 0” → “ 1”時(shí)， 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。 反之 , Ui由“ 1” → “ 0”時(shí)，輸出電壓 Uo由“ 0” → “ 1”， V1截止， V2導(dǎo)通， IDP給 CL充電， Uo上升。 因此， 在輸入信號(hào)變化的一段時(shí)間內(nèi)， 管子存在電流和電壓， 故有功率損耗。 UiUDDOUoOiDOTcT1T2UDDiDPiDNtttUiUoCLUDDiDPiDNV2V1( a ) ( b )UiUDDOUoOiDOTcT1T2UDDiDPiDNtttUiUoCLUDDiDPiDNV2V1( a ) ( b )一周內(nèi) CL充放電使管子產(chǎn)生的平均功耗 ?????? ???? ? ?1 20 01)()(1 T T D S NDND S PDPcD dtUidtUiTP式中 Tc為輸入信號(hào)周期 oD S NoDDD S PoLDNDPUUUUUdtdUCii?????21)()()(DDcLDDOLOHcLUUUUooDDoDDocLDUfCUUUfCdUUUUdUUTCPOLOHOHOL????????? ???? ? ?Ui為非理想階躍波形時(shí)引入的動(dòng)態(tài)功耗 PD2——直流開關(guān)功耗 Ui UDD UDD－ |UT H P| UT H NOIDNIDPIDMO UT H Pt1t2t3t4tt對(duì) NMOS管， UGSN=Ui, 則 : (1) 當(dāng) UGSN=UiUTHN時(shí)， NMOS管截止 。 (2) 當(dāng) UGSN=UiUTHN時(shí)， NMOS導(dǎo)通。 對(duì) PMOS管， UGSP=UiUDD, 則 : (1) 當(dāng) |UGSP|
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