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第七章 MOS反相器 MOS反相器特性的分析是MOS基本逻辑门电路分析的重要基础 反相器直流传输特性 采样保持方式的动态无比反相器 简单的漏举电路 第七章结束 7.6 CMOS反相器7.最佳设计 (4)级间最佳驱动方案 Cg 共N级 CL 0 e 5 ? ?/ln? 设：级间尺寸比为?，CL/Cg =? 驱动相同负载延迟为? ? 1 ?N-2 ?N-1 ?? ?? ?? ?? 一般取? = 2～5 则：每级门延迟为??，总延迟 为N??, ?N=?，N=ln?/ln? 可见： ?=e时，总延迟最小 因此有： N?? = ? ln?(?/ln?) 7.6 CMOS反相器8.单元版图示例 动态有比反相器 动态无比反相器 * SUT * 。 基本知识提示： 0 K (VGS-VT)2 K [2(VGS-VT) VDS-VDS2] K=K’ ( W L ) K’= ?Cox 2 Cox= ?ox?o tox ?VT ? ? VBS 2q?si?oNB Cox ? = IDS= NMOS: 截止 饱和 非饱和 NMOS PMOS 增强型 耗尽型 四端器件 衬底偏置效应： 沟道长度调制效应(短沟效应): ?= L 1 ?Xd ?VDS 7.1 电阻负载NMOS反相器1. 结构和工作原理 VOH=VDD (VDD–VOH)/RL=0 Vi为低电平VOL时，MI截止 Vi为高电平VOH时，MI非饱和 (VDD–VOL ) /RL = KI [2(VOH -VTI)VOL-VOL2 ] Vi Vo RL VDD MI VOL ? VDD 1+2KI RL(VOH?VTI) 其中:KI= W L ( ) ??ox?o 2tox 7.1 电阻负载NMOS反相器2. 基本特性 RL若小：VOL高，功耗大， tr小; W/L若小(即KI小)：VOL高，功耗小,，tf大。 Vi Vo RL VDD MN RL减小 VIL VIH VOH VOL Vo Vi 0 VOL ? VDD 1+2KI RL(VOH?VTI) 0 Vi t VDD 0 Vo t VDD 7.2 E/E饱和负载NMOS反相器1. 结构和工作原理 Vi Vo VDD ML MI VOH=VDD?VTL KL(VDD-VOH-VTL)2=0 Vi为低电平VOL时,MI截止,ML饱和 Vi为高电平VOH时,MI非饱和,ML饱和 KL(VDD-VOL-VTL)2= KI[2(VOH-VTI)VO-VO2] 其中：?R = KI KL = (W/L)I (W/L)L VOL ? (VDD ?VTL )2 2?R(VOH?VTI) 有比电路 7.2 E/E饱和负载NMOS反相器2.单元特点 Vi Vo VDD ML MI Vo Vi ?R减小 (KI/ KL ) (1)VOH比电源电压VDD低一个阈值电压Vt（有衬底偏置效应）； (3) ML和MI的宽长比分别影响tr和tf。 (4)上升过程由于负载管逐渐接近截止，tr较大。 (2)VOL与?R有关，为有比电路； 0 Vo t 7.3 E/E非饱和负载NMOS反相器1. 结构和工作原理 Vi Vo VDD ML MI VGG VOH = VDD KL[2(VGG-VOH -VTL)(VDD -VOH) - (VDD -VOH) 2 ] = 0 VGG VDD +VTL Vi为VOL时，MI截止，ML非饱和 7.3 E/E非饱和负载NMOS反相器1. 结构和工作原理(续) Vi Vo VDD ML MI VGG KI [2(VOH -VTI)VOL-VOL2 ] KL[2(VGG -VOL -VTL)(VDD -VOL) - (VDD -VOL) 2 ] = VOL ? VDD 2 2m?R(VOH?VTI) 其中：?R = KI KL = (W/L)I (W/L)L m = VDD 2(VGG?VTL)?VDD 0?m 1 Vi为VOH时，MI非饱和，ML非饱和 7.3 E/E非饱和负载NMOS反相器 2.单元特点 Vi Vo VDD ML MI VGG Vo Vi (KI/KL) ?R增大 (1)双电源 (2) VOH =VDD (3)VOL与?R有关，为有比电路； (4) VGG越高，tr越小，但是VOL越大、功耗越大。 7.4自举负载NMOS反相器1. 结构和自举原理 初始状态： VI=VOH，Vo=VOL