cmos反相器的分析與設(shè)計(jì)(參考版)
2025-01-21 02:29本頁(yè)面
【正文】 此時(shí)， VNLM小于 ，要適當(dāng)增大 PMOS管的溝道寬度 Wp，從而增大 Vit。=μnCox=60 106A/V2 問(wèn)題 :在給定工藝水平下 , 如何選擇 MOS管的尺寸來(lái)滿足 2個(gè)要求 ? 先考慮瞬態(tài)特性要求 根據(jù) 得到： 同理： ? 取 L=, 則 Wn=, Wp= ? 考察直流特性 反相器的最大噪音容限均滿足要求。 2 3 1 2 3 1 6pH L pLH pH L pLH pH L pLH pT t t t t t t t? ? ? ? ? ? ?116 pf Tt??12pt nf?44 45 CMOS反相器的設(shè)計(jì) ? 完成能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求的集成電路產(chǎn)品 ? 設(shè)計(jì)要求： ? 功能 ? 可靠性 ? 速度 ? 面積 ? 功耗 46 噪聲容限：邏輯閾值點(diǎn) ? 把 Vit做為允許的輸入高電平和 低電平極限 ? VNLM=Vit VNHM=VDDVit ? VNLM與 VNHM中較小的 決定最大直流噪聲容限 反相器的可靠性 ? ?? ?T N r D D T PinrT N r D D T P r T N D D T Pit rr1111= 1 1 1V K V VVKV K V V K V V VVKK?????? ?????47 可靠性：噪聲容限 ? 面向可靠性最優(yōu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，噪聲容限最大就是使得 Vit＝VDD/2 ? 在反相器的設(shè)計(jì)中通過(guò)器件尺寸的設(shè)計(jì)保持電路滿足噪聲容限的要求 ? 利用噪聲容限的設(shè)計(jì)要求可以得到 Wp和 Wn的一個(gè)方程 ? ?? ?T N r D D T PinrT N r D D T P r T N D D T Pit rr1111= 1 1 1V K V VVKV K V V K V V VVKK?????? ?????48 反相器的速度 ? ?? ?pHL pL HpL HLpHL f2a v ,H L NL L HpL H r2a v ,L H P21111tttCVtICVtI??????????????? ? ? ?pr 22r N P1 1 12 11t K? ????????????? 一般用反相器的平均延遲時(shí)間表示速度 ? 也可以分別用上升和下降延遲時(shí)間表示 ? 利用速度的設(shè)計(jì)要求可以得到 Wp和 Wn的一個(gè)方程 49 反相器的面積 ? 減小器件的寬度可以減小面積 ? 例如最小面積的要求可以采用最小尺寸的器件尺寸 ? 利用面積的設(shè)計(jì)要求可以得到Wp和 Wn的一個(gè)方程 Polysilicon In Out V DD GND PMOS Metal 1 NMOS Contacts N Well 50 反相器的功耗 ? 增加器件寬長(zhǎng)比會(huì)增加電容 ? 電路速度增加也會(huì)提高功耗 ? 電源電壓的增加 ? 功耗暫時(shí)不作為反相器設(shè)計(jì)的約束 2D L D DP C f V?51 反相器設(shè)計(jì)：綜合 ? 利用可靠性、速度和面積約束中的兩個(gè)就可以得到一組 Wp和 Wn ? 對(duì)稱反相器：對(duì)于 NMOS和PMOS閾值基本相等的工藝，設(shè)計(jì) Kr＝ 1 ? 對(duì)稱反相器具有最大的噪聲容限和相等的上升和下降延遲，在沒(méi)有具體設(shè)計(jì)要求情況下是相對(duì)優(yōu)化的設(shè)計(jì) ? ?? ?pHL pL HpL HLpHL f2a v ,H L NL L HpL H r2a v ,L H P21111tttCVtICVtI??????????????? ?? ?T N r D D T PinrT N r D D T P r T N D D T Pit rr1111= 1 1 1V K V VVKV K V V K V V VVKK?????? ?????例子 設(shè)計(jì)一個(gè) CMOS反相器，使 ( 1 ) 最大噪聲容限不小于 ， ( 2 ) 且驅(qū)動(dòng) 1pF負(fù)載電容時(shí)上升、下降時(shí)間不大于 10ns， 設(shè) VDD= 5V， VTN= ， VTP= ， K N39。 ? 若 輸入信號(hào)的占空比為 1： 1， 則其 周期需要滿足： ? 對(duì)稱設(shè)計(jì)有利于提高電路的工作頻率。 ? 上升 /下降時(shí)間不僅與反相器的參數(shù)有關(guān)，還與輸入信號(hào)的波形有關(guān)。 ? 兩 時(shí)間主要由負(fù)載電容和導(dǎo)電因子決定。 ? ?11
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