反相器 傳輸門

CMOS反相器MOSFET有P溝道和N溝道兩種，每種中又有耗盡型和增強(qiáng)型兩類。由N溝道和P溝道兩種MOSFET組成的電路稱為互補(bǔ)MOS或CMOS電路。下圖表示CMOS反相器電路，由兩只增強(qiáng)型MOSFET組成，其中一個為N溝道結(jié)構(gòu)，另一個為P溝道結(jié)構(gòu)。為了電路能正常工作，要求電源電壓V大于兩個DD管子的開啟電壓的絕對值之和，即VDD>(VTN+1VTPI)。CMOS反相器工作原理TOC\o"1-5"\h\z首先考慮兩種極限情況：當(dāng)V處于邏輯0時，相應(yīng)的電壓近似為0V；而當(dāng)v處于邏輯1時，相應(yīng)的電壓近似為V。假設(shè)在兩種情況下N溝道管T為工作I I DD N管P溝道管T為負(fù)載管。但是，由于電路是互補(bǔ)對稱的，這種假設(shè)可以是任意的，相反的情況亦將導(dǎo)致相同的結(jié)果。P下圖分析了當(dāng)v=V時的工作情況。在TN的輸岀特性i—v（v=V）（注意v=v）上，疊加一條負(fù)載線，它是負(fù)載管T在v=0V時的輸岀特性i—v。IDD DDSGSNDD DSNO P SGP DSD由于v<V（V=|V|=V），負(fù)載曲線幾乎是一條與橫軸重合的水平線。兩條曲線的交點即工作點。顯然，這時的輸岀電壓v~0V（典型值<10mV，而通過SGPTTNTPT OL兩管的電流接近于零。這就是說，電路的功耗很小（微瓦量級）■u■u下圖分析了另一種極限情況，此時對應(yīng)于v=0V。此時工作管T在v=0的情況下運用，其輸岀特性i—v幾乎與橫軸重合，負(fù)載曲線是負(fù)載管T在vI NGSN DDS PsGP=V時的輸岀特性i—v。由圖可知，工作點決定了V=V~V；通過兩器件的電流接近零值?？梢娚鲜鰞煞N極限情況下的功耗都很低。DD DDS OOHDD由此可知，基本CMOS反相器近似于一理想的邏輯單元，其輸岀電壓接近于零或+Vdd，而功耗幾乎為零。CMOS反相器傳輸特性下圖為CMOS反相器的傳輸特性圖。圖中JOY,Vtn=|Vtp|=Vt=2V。由于V>(V+|V|)，因此，當(dāng)V-|V|>vI>V時,T和T兩管同時導(dǎo)通?？紤]到電路是互補(bǔ)對稱的，一器件可將另一器件視為它的漏極負(fù)載。還應(yīng)注DD TN TP DDTP TN N P意到，器件在放大區(qū)(飽和區(qū))呈現(xiàn)恒流特性，兩器件之一可當(dāng)作高阻值的負(fù)載。因此，在過渡區(qū)域，傳輸特性變化比較急劇。兩管在V=V/2處轉(zhuǎn)換狀態(tài)。IDDCMOS反相器工作速度CMOS反相器在電容負(fù)載情況下，它的開通時間與關(guān)閉時間是相等的，這是因為電路具有互補(bǔ)對稱的性質(zhì)。下圖表示當(dāng)v=0V時，T截止，T導(dǎo)通，由VI N P DD通過T向負(fù)載電容C充電的情況。由于CMOS反相器中，兩管的g值均設(shè)計得較大，其導(dǎo)通電阻較