集成電路設計基礎課程——D/E NMOS反相器

2021-03-06 半導體技術人

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反相器是可以將輸入信號的相位反轉180度，這種電路應用在模擬電路，比如說音頻放大，時鐘振蕩器等。在電子線路設計中，經常要用到反相器。隨著微電子技術與工藝的不斷發展和創新，以計算機為代表的各類數字電子產品應用越來越廣泛，與此同時也面臨著更加複雜的電磁環境。CMOS 反相器是幾乎所有數字集成電路設計的核心，它具有較大的噪聲容限、極高的輸入電阻、極低的靜態功耗以及對噪聲和幹擾不敏感等優點，因此廣泛應用於數字集成電路中。

CMOS反相器電路由兩個增強型MOS場效應管組成，其中V1為NMOS管，稱驅動管，V2為PMOS管，稱負載管。NMOS管的柵源開啟電壓UTN為正值，PMOS管的柵源開啟電壓是負值，其數值範圍在2~5V之間。為了使電路能正常工作，要求電源電壓UDD>(UTN+|UTP|)。UDD可在3~18V之間工作，其適用範圍較寬。工作原理：當UI=UIL=0V時，UGS1=0，因此V1管截止，而此時|UGS2|>|UTP|，所以V2導通，且導通內阻很低，所以UO=UOH≈UDD， 即輸出為高電平。當UI=UIH=UDD時，UGS1=UDD>UTN，V1導通，而UGS2=0<|UTP|，因此V2截止。此時UO=UOL≈0，即輸出為低電平。可見，CMOS反相器實現了邏輯非的功能。CMOS反相器的主要特性：在AB段由於V1截止，阻抗很高，所以流過V1和V2的漏電流幾乎為0。在CD段V2截止，阻抗很高，所以流過V1和V2的漏電流也幾乎為0。只有在BC段，V1和V2均導通時才有電流iD流過V1和V2，並且在UI=1/2UDD附近，iD最大。

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