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CMOS反相器
阅读:87356时间:2011-05-20 16:39:40

  CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。通常P沟道管作为负载管,N沟道管作为输入管。这种配置可以大幅降低功耗,因为在两种逻辑状态中,两个晶体管中的一个总是截止的。处理速率也能得到很好的提高,因为与NMOS型和PMOS型反相器相比,CMOS反相器的电阻相对较低。

工作原理

CMOS反相器

  两个MOS管的开启电压VGS(th)P<0, VGS(th)N >0,通常为了保证正常工作,要求VDD>|VGS(th)P|+V GS(th)N。若输入vI为低电平(如0V),则负载管导通,输入管截止,输出电压接近VDD。若输入vI为高电平(如VDD),则输入管导通,负载管截止,输出电压接近0V。

  综上所述,当vI为低电平时vo为高电平;vI为高电平时vo为低电平,电路实现了非逻辑运算,是非门——反相器。

主要特性

  1.电压传输特性和电流传输特性

  (1)CMOS反相器的电压传输特性曲线可分为五个工作区。

CMOS反相器电压传输特性

  工作区Ⅰ:由于输入管截止,故vO=VDD,处于稳定关态。

  工作区Ⅲ:PMOS和NMOS均处于饱和状态,特性曲线急剧变化,vI值等于阈值电压Vth。

  工作区Ⅴ:负载管截止,输入管处于非饱和状态,所以vO≈0V,处于稳定的开态。

  (2)CMOS反相器的电流传输特性曲线,只在工作区Ⅲ时,由于负载管和输入管都处于饱和导通状态,会产生一个较大的电流。其余情况下,电流都极小。

CMOS反相器电流传输特性

  2.输入特性和输出特性

  3.电源特性

特点

  (1)  静态功耗极低。在稳定时,CMOS反相器工作在工作区Ⅰ和工作区Ⅴ,总有一个MOS管处于截止状态,流过的电流为极小的漏电流。

  (2)  抗干扰能力较强。由于其阈值电平近似为0.5VDD,输入信号变化时,过渡变化陡峭,所以低电平噪声容限和高电平噪声容限近似相等,且随电源电压升高,抗干扰能力增强。

  (3) 电源利用率高。VOH=VDD,同时由于阈值电压随VDD变化而变化,所以允许VDD有较宽的变化范围,一般为+3~+18V。

  (4)  输入阻抗高,带负载能力强。

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