MN 非饱和导通
IDSN=KN〔(VGSN-VTN)VDSN-1/2VDSN2〕
=KN〔(VIH-VTN)Vout-1/2Vout2〕
MP:
-VGSP =VDD -Vin=VDD -VIH
-VDSP =VDD -Vout
∴-VDSP >-VGSP –(-VTP)
MP饱和导通
IDSP =1/2KP(-VGSP -|VTP|)2
=1/2KP(VDD-VIH-|VTP|)2
∵IDSN =IDSP,对VIH微分,得:
KN〔(VIH-VTN)(dVout/dVin)+Vout-Vout(dVout/dVin)〕=KP(VDD-VIH-|VTP|)
∵dVout/dVin=-1
∴VIH=〔VDD+VTP +KR(2Vout +VTN)〕/(1+KR) 其中KR =KN/KP
20.解:
Vin =VM,NMOS、PMOS均饱和导通
IDSN =1/2μNCOX(W/L)N(VGSN -VTN)2
=1/2KN(VM-VTN)2
IDSP =1/2μPCOX(W/L)P(-VGSP -|VTP|)2
=1/2KP(VDD-VM-|VTP|)2
由IDSN =IDSP得:
VM=(VDD+VTP+VTN )/(1+) 其中KR =KN/KP
当工艺确定,VDD、VTN、VTP、μN、μP均确定
因而VM取决于两管的尺寸之比WN/WP
18、
根据CMOS反相器的传输特性曲线计算VIL和VIH
【答案:
】
19、
求解CMOS反相器的逻辑阈值,并说明它与哪些因素有关
【答案:
】
Vin =VM,NMOS、PMOS均饱和导通
IDSN =1/2μNCOX(W/L)N(VGSN -VTN)2
=1/2KN(VM-VTN)2
IDSP =1/2μPCOX(W/L)P(-VGSP -|VTP|)2
=1/2KP(VDD-VM-|VTP|)2
由IDSN =IDSP得:
VM=(VDD+VTP+VTN )/(1+) 其中KR =KN/KP
当工艺确定,VDD、VTN、VTP、μN、μP均确定
因而VM取决于两管的尺寸之比WN/WP
20、
为什么的PMOS尺寸通常比NMOS的尺寸大
【答案:
】
1)电子迁移率较大,是空穴迁移率的两倍,即μN=2μP。
2)根据逻辑阈值与晶体管尺寸的关系VM∝WP/WN,在VM较大的取值范围中,WP〉WN。
21、
考虑一个具有如下参数的CMOS反相器电路:
VDD=3.3VVTN=0.6VVTP=-0.7VKN=200uA/V2Kp=80uA/V2计算电路的噪声容限。
【答案:
】
KR=KN/KP=2.5
CMOS反相器的VOL=0V,VOH=VDD=3.3V
VIL=(2Vout+VTP-VDD+KRVTN)/(1+KR)=0.57Vout-0.71
Vin =VIL时,有1/2KN(VIL-VTN)2=KP〔(VDD-VIL -|VTP|)(VDD -Vout)-1/2(VDD -Vout)2〕
0.66Vout2+0.05Vout -6.65=0
解得:
Vout =3.14V ∴VIL=1.08V
VIH=〔VDD+VTP +KR(2Vout +VTN)〕/(1+KR)=1.43Vout+1.17
Vin =VIH时,有KN〔(VIH-VTN)Vout-1/2Vout2〕=1/2KP(VDD-VIH-|VTP|)2
2.61Vout2+6.94Vout-2.04=0
解得:
Vout=0.27V ∴VIH=1.55V
∴VNML=VIL-VOL=1.08V
VNMH=VOH-VIH=1.75V
22、
采用0.35um工艺的CMOS反相器,相关参数如下:
VDD=3.3VNMOS:
VTN=0.6VμNCOX=60uA/V2(W/L)N=8PMOS:
VTP=-0.7VμpCOX=25uA/V2(W/L)P=12求电路的噪声容限及逻辑阈值
【答案:
】
KR=μNCOX(W/L)N/μpCOX (W/L)P=1.6
对于CMOS反相器而言,VOL=0V,VOH=VDD=3.3V
VIL=(2Vout+VTP-VDD+KRVTN)/(1+KR)=0.77Vout-1.17
当Vin =VIL时,NMOS饱和导通,PMOS非饱和导通
由IDSN =IDSP得:
1/2KN(VIL-VTN)2=KP〔(VDD-VIL -|VTP|)(VDD -Vout)-1/2(VDD -Vout)2〕
2.04Vout2+8.30Vout -44.90=0
解得:
Vout =3.077V ∴VIL=1.2V
同理,VIH=〔VDD+VTP +KR(2Vout +VTN)〕/(1+KR)=1.23Vout+1.37
当Vin =VIH时,PMOS饱和导通,NMOS非饱和导通
由IDSN =IDSP得:
KN〔(VIH-VTN)Vout-1/2Vout2〕=1/2KP(VDD-VIH-|VTP|)2
5.53Vout2+24.62Vout-6.15=0
解得:
Vout=0.24V ∴VIH=1.66V
∴该CMOS反相器的噪声容限:
VNML=VIL-VOL=1.2V
VNMH=VOH-VIH=1.64V
23、
设计一个CMOS反相器,NMOS:
VTN=0.6VμNCOX=60uA/V2PMOS:
VTP=-0.7VμPCOX=25uA/V2电源电压为3.3V,LN=LP=0.8um1)求VM=1.4V时的WN/WP。
2)此CMOS反相器制作工艺允许VTN、VTP的值在标称值有正负15%的变化,假定其他参数仍为标称值,求VM的上下限。
【答案:
】
24、
举例说明什么是有比反相器和无比反相器
【答案:
】
有比反相器在输出低电平时,驱动管和负载管同时导通,其输出低电平由驱动管导通电阻和负载管导通电阻的分压决定。
为保持足够低的低电平,两个等效电阻应保持一定的比值。
当驱动管为增强型N沟MOSFET,负载管为电阻或增强型MOSFET或耗尽型MOSFET时,即E/R反相器、E/E反相器、E/D反相器属于有比反相器。
而无比反相器在输出低电平时,只有驱动管导通,负载管是截止的,理想情况下,输出低电平为0。
当驱动管为增强型N沟MOSFET,负载管为P沟MOSFET时,即CMOS反相器即属于无比反相器,具有理想的输入低电平0。
25、
以CMOS反相器为例,说明什么是静态功耗和动态功耗
【答案:
】
对于CMOS反相器,静态功耗是指当输入为0或VDD时,NMOS和PMOS总是一个导通、一个截止,没有从VDD到VSS的直流通路,也没有电流流入栅极,功耗几乎为0。
26、
在图中标注出上升时间tr、下降时间tf、导通延迟时间、截止延迟时间,给出延迟时间tpd的定义。
若希望tr=tf,求WN/WP。
【答案:
】
图中,导通延迟时间为tPHL,截止延迟时间为tPLH
延迟时间tpd=(tPHL+tPLH)/2
上升时间tr=2CL/KNVDD KN=μNCOX(W/L)N
下降时间tf =2CL/KPVDD KP=μPCOX(W/L)P
若希望tr=tf,则要求WP=2WN
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