周正華

(貴港職業(yè)學(xué)院 電子機(jī)械系，廣西 貴港 537100)

CMOS或非門的電壓傳輸特性的分析

周正華

(貴港職業(yè)學(xué)院 電子機(jī)械系，廣西 貴港 537100)

介紹了CMOS或非門的電壓傳輸特性，并且討論了單輸入和雙輸入對(duì)或非門電壓的轉(zhuǎn)換閾值的影響。

CMOS或非門；電壓傳輸特性；轉(zhuǎn)換閾值

引言

CMOS或非門是數(shù)字集成電路基本單元之一，廣泛應(yīng)用于各類CMOS數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)中。例如：CMOS或非門構(gòu)成的多諧振蕩器，CMOS或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器等電路中。要設(shè)計(jì)出符合要求的高速、低功耗的CMOS數(shù)字集成電路，就必須對(duì)CMOS或非門的電壓傳輸特性有清晰的認(rèn)識(shí)，在繪制電壓傳輸特性曲線時(shí)，轉(zhuǎn)換閾值是非常有用的。為此，文中借鑒CMOS反相器的方法，對(duì)CMOS或非門的電壓傳輸特性做出了詳細(xì)的分析，為CMOS數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的理論指導(dǎo)。

1 CMOS或非門的模型

在CMOS數(shù)字集成電路中，構(gòu)造或非門的結(jié)構(gòu)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。使用門級(jí)電路就可以實(shí)現(xiàn)，即并聯(lián)的NMOS晶體管執(zhí)行邏輯或功能，串聯(lián)的PMOS晶體管執(zhí)行與功能，并且N型的復(fù)合結(jié)構(gòu)和P型的復(fù)合結(jié)構(gòu)互為對(duì)偶。例如：圖1所示的2輸入或非門中，如果任一個(gè)輸入為高，輸出就為低。這就要求兩個(gè)下拉器件相并聯(lián)，即兩個(gè)NMOS為并聯(lián)，兩個(gè)上拉器件與兩個(gè)下拉器件又互為對(duì)偶關(guān)系，也即兩個(gè)PMOS為串聯(lián)結(jié)構(gòu)。圖1 2輸入或非門

2 CMOS或非門的電壓傳輸特性

研究CMOS或非門的電壓傳輸特性，與CMOS反相器非常類似。在此，可以借鑒反相器的電壓傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換閾值公式：

下面以討論圖2一個(gè)2輸入或非門的電壓傳輸特性為例。假定一個(gè)2輸入或非門與一個(gè)上拉器件的尺寸為2W，下拉器件的尺寸為1W的反相器有相同的延遲特性，這時(shí)2輸入或非門應(yīng)設(shè)置上拉器件的尺寸為4W，下拉器件的尺寸為1W。而由于CMOS或非門具有多個(gè)輸入，因此實(shí)際的特性取決于輸入的變化情況。i)當(dāng)是單輸入的情況:假設(shè)輸入A從低到高發(fā)生轉(zhuǎn)換，B=0.在這種情況下，認(rèn)為有一個(gè)NMOS器件是開路，有一個(gè)PMOS是短路。此時(shí)，就等效為一個(gè)具有4W的上拉器件和1W的下拉器件的反相器,也即，。這就意味著或非門的電壓傳輸特性向右邊移動(dòng)，見圖2所示。ii)當(dāng)時(shí)雙輸入的情況：假設(shè)兩個(gè)輸入接在一起同時(shí)從低到高發(fā)生轉(zhuǎn)換。此時(shí)，就等效為一個(gè)具有2W的上拉器件和下拉器件的反相器，這就意味著或非門的電壓傳輸特性向右邊移動(dòng)，見圖2所示。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于多輸入或非門的電壓傳輸特性，可以采用類似的方法考慮。

（2）對(duì)于與非門，也可以類似分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)與非門具有比或非門更低的轉(zhuǎn)換閾值。

[1]蔣安平，王新安，陳自力等譯．?dāng)?shù)字集成電路分析與設(shè)計(jì)[M]．電子工業(yè)出版社，2005．

[2]陳貴燦，程軍，張瑞智等譯．模擬C M O S集成電路設(shè)計(jì)[M]．西安交通大學(xué)出版社，2003．

[3]閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社,2000．

TN431.2

A

1005-1554（2011）02-0012-01

2011-03-15

周正華（1979-），男，江西臨川人，貴港職業(yè)學(xué)院電子機(jī)械系教師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)镃MOS專用集成電路設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。