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 基本单元电路 4.7 传输门基本特性

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1 第四章 基本单元电路 4.7 传输门基本特性 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 Mos传输门逻辑电路 ■NMoS/PMos传输门特性 cMos传输门特性 传输门的级联 NMoS传输门的电平恢复

2 MOS传输门逻辑电路  NMOS/PMOS传输门特性  CMOS传输门特性  传输门的级联  NMOS传输门的电平恢复 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

nerated by Foxit PDF Creator@ Foxit Software I//www.foxitsoftware.comForevaluationonly Mos传输门结构 l cMos传输门 CMos反相器 NMOS传输门 Pass Transistor Transmission Gate NMOS,PMOS并联 NMOS,PMOS串联 源端接固定电位、 源、漏端不固定 源、漏端不固定 漏端输出 双向导通 栅极接相反信号 两管同时导通或 栅极接相同信号 截止 两管轮流导通或 截止

3 MOS传输门结构 CL Vc Vin Vout CL V V V c in out NMOS传输门 Pass Transistor 源、漏端不固定 双向导通 CMOS传输门 Transmission Gate NMOS,PMOS并联 源、漏端不固定 栅极接相反信号 两管同时导通或 截止 CMOS反相器 NMOS,PMOS串联 源端接固定电位、 漏端输出 栅极接相同信号 两管轮流导通或 截止 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 NMOS传输门传输高电平特性 Vin=vDDVc=vDD (G) Hints:v=vG器件始 终处于饱和区,直到截止 Vout(s (类似于饱和负载的特性) ( 源端 一二一 f/au Vout /a.u. (a)电流特性 b)输出电平的变化

4 NMOS传输门传输高电平特性 CL Vc Vin Vout 源端 (G) (D) (s) Hints: VD=VG, 器件始 终处于饱和区, 直到截止 （类似于饱和负载的特性） Vin=VDD,Vc=VDD Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http://www.foxitsoftware.comForevaluationonly NMOS传输高电平 (a)电流特性 输出电压:有阈值损失V-Vm-"m,Vm=Vm-Vm 工作在饱和区,但是电流不恒定 衬偏效应 DN=KNOVDD-VT 增加阈值损失 减小电流 TN+y(√20+Vm-√2b) 低效传输高电平(电平质量差,充电电流小

5 NMOS传输高电平 2 )(  VVVKI outTNDDNDN  输出电压：有阈值损失  工作在饱和区，但是电流不恒定  衬偏效应  增加阈值损失  减小电流  低效传输高电平(电平质量差，充电电流小) )22( 0 VVV   foutfTNTN CL Vc Vin Vout Vin=VDD,Vc =VDD，Vout ＝VDD－Vth 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 Hints:器件先处于饱和区 NMOS传输门传输低电平特性后处子线性区 (类似于cMoS反相器中 的NMoS管) Vin=O 漏端 Vc=VDD 2 VT D Vout /au t/au (a)电流特性 (b)输出电平的变化

6 NMOS传输门传输低电平特性 CL Vc Vin Vout 漏端 (G) (s) (D) Hints:器件先处于饱和区 后处于线性区 （类似于CMOS反相器中 的NMOS管） Vin=0, Vc=VDD Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software http://www.foxitsoftware.comForevaluationonly NMOS传输低电平 Vout /au (a)电流特性 输出电压:没有阈值损失v=0v=an,vam=0 先工作在饱和区,后进入线形区 没有衬偏效应D1=KN(VD-Vm)2 高效传输低电平1D2=2KN(VD-VnN)on (电平质量好,充电电流大)

7 NMOS传输低电平 2 1 )(  VVKI TNDDNDN  输出电压：没有阈值损失  先工作在饱和区，后进入线形区  没有衬偏效应  高效传输低电平 （电平质量好，充电电流大） CL Vc Vin Vout Vin=0,Vc =VDD，Vout ＝0 VVVKI outTNDDNDN )(2 2   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 NMOS传输门等效电阻1 ■估算NMoS传输门等l VDD=4VT 效电阻 O VGs=4V ■传输低电平(深颜色 点),传输高电平 (浅颜色点) VGS=3VT 分别求出平均电阻 ■传输高电平等效电阻 约为低电平2-3倍 VT 2VT 3VT 4V

8 NMOS传输门等效电阻 CL Vc Vin Vout 4VT VT 2VT 3VT VDS ID 9I0 4I0 I0 VGS=4VT VGS=3VT VGS=2VT  估算NMOS传输门等 VDD=4VT 效电阻  传输低电平（深颜色 点），传输高电平 （浅颜色点）  分别求出平均电阻  传输高电平等效电阻 约为低电平2－3倍 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

nerated by Foxit PDF Creator@ Foxit Software I//www.foxitsoftware.comForevaluationonly NMOS传输高电平和低电平 5.0 3.0 控制信号在5时变高(a) (b) 0.01.02.03.04.0506.07.08.09.010.0 ■由于工作状态不同,以及衬偏效应的影响 NMOS传输高电平过程的等效电阻近似为传 输低电平时的2-3倍

9 NMOS传输高电平和低电平  由于工作状态不同，以及衬偏效应的影响  NMOS传输高电平过程的等效电阻近似为传 输低电平时的2-3倍 CL Vc Vin Vout 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 PMOS传输门传输特性 out(S) (s Vout (D) 漏端 源端 传输高电平情况 传输低电平情况 器件先处于饱和区, 器件始终处于饱和区, 后处于线性区 直到截止

10 PMOS传输门传输特性 CL Vc V Vout in 漏端 (G) (s) (D) 传输高电平情况 传输低电平情况 器件先处于饱和区， 后处于线性区 器件始终处于饱和区, 直到截止 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only