北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（数字集成电路原理与设计）chap4-1 第四章 CMOS单元电路 静态CMOS逻辑电路 4.4 与非门/或非门

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1 静态CMOS逻辑电路 4.4 与非门/或非门 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 静态CMos逻辑电路 44与非门/或非门 45复杂逻辑门的设计 46CMoS逻辑电路的功耗

2 静态CMOS逻辑电路  4.4 与非门/或非门  4.5 复杂逻辑门的设计  4.6 CMOS逻辑电路的功耗 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 与非门/或非门 ■与非门的直流特性 与非门的瞬态特性 与非门的设计 或非门

3 与非门/或非门  与非门的直流特性  与非门的瞬态特性  与非门的设计  或非门 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 从反相器到逻辑门的构成 DD d PMOS PUN NMOS PDN 把单个PMoS管和NMos管 换成多个串、并联的管子

4 从反相器到逻辑门的构成 把单个PMOS管和NMOS管 换成多个串、并联的管子 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft cMoS与非门 电路图 逻辑符号与真值表 A MP M Y=A·B B MN 011 10|1 11 A CMOS二输入与非门 5

5 CMOS与非门 CMOS二输入与非门 电路图 逻辑符号与真值表 A B Y VDD A B Y A B Y 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 =A .B M M M MN1 N2 P2 P 1 1 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 一、直流电压传输特性 使用等效反相器方法分析 分两种情况: Y=A·B 1.两个输入信号同步B M N2 2.两个输入信号不同步 00 注意:对不同输入状态,等效反相器参数不同

6 一、直流电压传输特性 使用等效反相器方法分析 分两种情况： 1. 两个输入信号同步 2. 两个输入信号不同步 注意： 对不同输入状态，等效反相器参数不同。 A B Y VDD =A .B M M M MN1 N2 P2 P 1 1 A B Y 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 直流电压传输特性一两个输入信号同步 如果两个输入信号同步 KNr-2K Kp KNrK/2 K K,,●K K Neff KutI Peff KotK

7 直流电压传输特性－两个输入信号同步 21 21 21 PPPeff NN NN Neff KKK KK KK K     VDD V Vout KK K K P P N in N 如果两个输入信号同步 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 两输入同步情况下逻辑阈值电平 VIN+v1/ Kreff(DD +vmp) Kreff-Kn K/4K 1+v1/KI K VnN+2√/Kr( DD中pTP It +2√/Kxr Kpr2Kp KI= KN/Ki 若KN= KP VIN=-VTP, KNr=K/2 n2VD-N高电平噪声容限变小 若要求最大的噪声容限V=VD,则KN/Kp=4

8 TN DD TP 2 1 r ( ) 1 2 1 r V K V V it K V     r N P N P, TN TP DD TN it 2 3 K K K K K V V V V V       若 ， 两输入同步情况下逻辑阈值电平 eff TN DD TP eff 1 r ( ) 1 1 r , V K V V it K V     Neff reff Peff K = K K 若要求最大的噪声容限 it DD N P 1 , / 4 2 V V K K   则  4/ KK PN 高电平噪声容限变小 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 直流电压传输特性一两个输入信号不同步 特性条件 MP B固定在DD,输出随A变化的关系 A固定在VD,输出随B变化的关系 Y=A·B 等效反相器 M KPr=Kp,KNm≈K/2 K reff KucK Neff Peff K./2 A B 等效反相器阙值Vn= V√2/K(VD+Vmp) 1+√2/Kr

9 直流电压传输特性－ 两个输入信号不同步 B固定在VDD，输出随A变化的关系 A固定在VDD，输出随B变化的关系 等效反相器 Peff P Neff N K K K K   , 2 TN r DD TP r 2 ( ) 1 2 it V K V V V K     特性条件 等效反相器阈值 A B Y DD =A .B M M M MN1 N2 P2 P 1 2//   KKKK rPeffNeffreff A B Y 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 二输入与非门的直流电压传输特性曲线 o MP A和B同步变化 MP2 =1,B变化 Y=A-B B MN B=1,A变化 Issue Fin/ a.u. A变化和B变化的差别 Kr 等效反相器阈值V TI nN+2√/Kr(DD+P) +√2/K It

10 二输入与非门的直流电压传输特性曲线 Issue: A变化和B变化的差别 A B Y DD =A .B M M M MN1 N2 P2 P 1 TN r DD TP r 2 ( ) 1 2 it V K V V V K     等效反相器阈值 TN DD TP 2 1 r ( ) 1 2 1 r V K V V it K V     Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only