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CMOS反相器特点
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，两个晶体管晶体管的供应商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反相器的电阻电阻的供应商相对较低。
CMOS反相器特点
(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。
1。
CMOS反相器的概述CMOS反相器是一种非常常用的逻辑门，可以进行数字信号的反相操作。
CMOS反相器由CMOS技术制造而成，具有低功耗、高可靠性和低噪声的特点。
在数字电路中，CMOS反相器被广泛应用于时序电路、计数器、存储器等模块。
CMOS反相器的基本结构包括一个N型MOS管和一个P型MOS管，N型管和P型管的栅极通过逻辑信号控制，当输入信号为高电平时，N型管导通，P型管截断；当输入信号为低电平时，N型管截断，P型管导通。
这样，输出信号就与输入信号相反，实现了信号的反相操作。
CMOS反相器的输入和输出特性非常重要。
在CMOS反相器中，输入和输出电平可以区分为三个状态：高电平、低电平和开路状态。
当输入电平为高电平时，即逻辑1时，N型管导通，输出电平为低电平，即逻辑0；当输入电平为低电平时，即逻辑0时，P型管导通，输出电平为高电平，即逻辑1；当输入电平为开路状态时，即逻辑Z，输出电平保持上一个状态。
CMOS反相器的优点在于其低功耗和高可靠性。
由于CMOS技术将N型和P型管结合在一起，只有当输入信号改变时才会有电流流动。
在不改变输入信号时，CMOS反相器几乎不消耗功耗。
此外，由于N型和P型管分别负责导通和截断，CMOS反相器对噪声和电压干扰的抵抗能力较强，能够提供稳定的输出信号。
另外，CMOS反相器还具有较高的噪声容限和抗串扰能力。
在数字电路中，信号的传输会产生一定的噪声和串扰，这会导致信号的失真和误差。
CMOS反相器在设计上减小了管子之间的互感和电路之间的耦合，使其能够在抗噪声和抗串扰方面有较好的性能。
这使得CMOS反相器能够适应较严苛的工作环境，提供可靠的信号处理能力。
尽管CMOS反相器具有许多优点，但它也存在一些问题。
首先，由于CMOS反相器采用两个互补型MOS管连接而成，因此在制造过程中需要精心控制各项参数，如电流、阈值电压等，这使得制造过程复杂，成本较高。
此外，CMOS反相器在频率较高的应用中，存在一定的延迟和功耗问题，因此在高速和高频率应用中需要进行相应的优化和补偿。
CMOS反相器由本书模拟部分已知，MOSFET有P沟道和N沟道两种，每种中又有耗尽型和增强型两类。
由N沟道和P沟道两种MOSFET组成的电路称为互补MOS或CMOS电路。
下图表示CMOS反相器电路，由两只增强型MOSFET组成，其中一个为N沟道结构，另一个为P沟道结构。
为了电路能正常工作，要求电源电压V DD大于两个管子的开启电压的绝对值之和，即V DD＞(V TN＋|V TP|) 。
1.工作原理首先考虑两种极限情况：当v I处于逻辑0时，相应的电压近似为0V；而当v I处于逻辑1时，相应的电压近似为V DD。
假设在两种情况下N沟道管T N为工作管P沟道管T P为负载管。
但是，由于电路是互补对称的，这种假设可以是任意的，相反的情况亦将导致相同的结果。
下图分析了当v I=V DD时的工作情况。
在TN的输出特性i D—v DS（v GSN ＝V DD）(注意v DSN=v O)上，叠加一条负载线，它是负载管T P在v SGP=0V 时的输出特性i D－v SD。
由于v SGP＜V T（V TN=|V TP|=V T），负载曲线几乎是一条与横轴重合的水平线。
两条曲线的交点即工作点。
显然，这时的输出电压v OL≈0V（典型值＜10mV ，而通过两管的电流接近于零。
这就是说，电路的功耗很小（微瓦量级）下图分析了另一种极限情况，此时对应于v I＝0V。
此时工作管T N在v GSN ＝0的情况下运用，其输出特性i D－v DS几乎与横轴重合，负载曲线是负载管T P在v sGP＝V DD时的输出特性i D－v DS。
由图可知，工作点决定了V O＝V OH≈V DD；通过两器件的电流接近零值。
可见上述两种极限情况下的功耗都很低。
由此可知，基本CMOS反相器近似于一理想的逻辑单元，其输出电压接近于零或+V DD，而功耗几乎为零。
2.传输特性下图为CMOS反相器的传输特性图。
图中V DD=10V，V TN=|V TP|=V T= 2V。
图1 CMOS反相器
（a）结构示意图（b）电路图
]
,[)(DD SS I P th GS V V V V ∈+
当V I =V IL =0时
当V I =V IH =V DD 时
⎪⎩⎪⎨⎧<=>=N
th GS GS GS P th GS DD GS V v v V V v )(21)(10)(为负且⎪⎩⎪⎨⎧>=<=N
th GS DD GS P
th GS GS V V v V v )(2)(10输出V=V OH ≈V DD
输出V=V OL ≈0
Vo
静态功耗低
噪声容限高
工作速度快
在CMOS 反相器中，无论电路处于何种状态，T N 、T P 中总有一管截止，所以其静态功耗极低，有微功耗电路之称。
CMOS 反相器的阈值电压U TH =V DD /2,即两管状态在v I =V DD /2处转换，因此其噪声容限接近50%。
CMOS 反相器工作时总有一管导通，且导通电阻较小，为低阻回路,所以带容性负载时，充放电速度很快，CMOS 反相器的t pd ≈10ns 。
CMOS反相器
1、电路结构及工作原理
CMOS反相器电路如下图所示它由两个增强型MOS场效应管组成，其中V1为NMOS管，V2为PMOS管。
NMOS管的U TN（N管栅源开启电压）为正值，PMOS管的U TP（P管栅源开启电压）是负值，为了使电路能正常工作，要求电源电压U DD＞(U TN+|U TP|)。
工作原理:
(1)当U I（输入电压）=U IL（低电平）=0V时，U GS1（V1管的漏源电压）=0，因此V1管截止，而此时|U GS2| (V2管的漏源电压)＞|U TP|，所以V2导通，且导通内阻很低，所以U O（输出电压）=U OH（高电平）≈U DD，即输出为高电平.
(2)当U I=U IH=U DD时，U GS1=U DD＞U TN，V1管导通，而U GS2=0＜|U TP|，因此V2截止。
此时U O=U OL（低电平）≈0，即输出为低电平。
可见，CMOS反相器实现了逻辑非的功能.
2，CMOS反相器的主要特性
在AB段由于V1截止，阻抗很高，所以流过V1和V2的漏电流几乎为0。
在CD段V2截止，阻抗很高，所以流过V1和V2的漏电流也几乎为0。
只有在BC段，V1和V2均导通时才有电流i D流过V1和V2，并且在U I=1/2U DD附近，i D最大。
CMOS反相器原理结构及性能参数CMOS反相器是一种基本的数字逻辑电路元件，由两个互补MOSFET （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）组成。
它可以实现电信号的反相，并起到信号放大的作用。
CMOS反相器不仅在数字电路中使用广泛，还在模拟电路中应用于放大器和振荡器等电路中。
CMOS反相器的基本原理是利用MOSFET的门电压控制特性，当输入信号为高电平时，NMOS（负材料氧化物半导体场效应晶体管）导通，PMOS （正材料氧化物半导体场效应晶体管）截止；当输入信号为低电平时，NMOS截止，PMOS导通。
这样，通过选取适当的参数，输出信号就可以实现输入信号的反相。
CMOS反相器的结构是由一个PMOS和一个NMOS组成，它们的结构和工作原理有所不同。
PMOS是由P型半导体材料构成的，当门电压低于阈值电压时，导电性较好；NMOS是由N型半导体材料构成的，当门电压高于阈值电压时，导电性较好。
输入电压范围指的是输入信号的电压范围，一般为输入高电平（High Level Input）和输入低电平（Low Level Input）两个阈值电压之间的范围。
输出电压范围指的是输出信号的电压范围，一般为输出高电平（High Level Output）和输出低电平（Low Level Output）两个阈值电压之间的范围。
增益是指输出电压随输入电压的变化率，一般为输出电压变化量与输入电压变化量的比值。
在CMOS反相器中，增益一般很高，可以达到几十倍甚至更高。
功耗是指CMOS反相器消耗的电功率，一般与输入电压和输出电流有关。
CMOS反相器的功耗一般比较低，因为在输入端只需要很小的电流就能控制输出的大电流。
速度是指CMOS反相器的响应时间，即输入信号变化到输出信号变化的时间。
CMOS反相器的速度一般较快，可以达到几纳秒的量级。
除了以上的性能参数，CMOS反相器还有一些其他的性能指标，如输入电容、输出电容、输出阻抗和输入阻抗等。
第三章CMOS反相器第一节反相器的特性第二节CMOS反相器第三节CMOS反相器的设计第四节环振和反相器链第一节反相器的特性一、直流特性1、定义反相器是实现只有一个输入变量的最基本的逻辑门电路符号真值表理想反相器实际反相器逻辑1OH MAXV V V≤≤逻辑0MIN OLV V V≤≤不定区OL OHV V V≤≤2、直流电压传输特性VTC Voltage Transfer CharacteristicsVTC －直流下，将Vout 描述为Vin 的函数V IL V IH1OUTINdV dV =-1OUTINdV dV =-V M OUT INV V =五个关键的电压，完全决定了VTC 、噪声容限及过渡区的位置和宽度。
阈值电压V M －VTC 曲线中的点OUT IN V V =V OH ：当输出电平为逻辑“1”时的最小输出电压，转折点1OUTINdV dV =-V OL ：当输出电平为逻辑“0”时的最大输出电压V IL ：当输入电平为逻辑“0”时的最大输入电压V IH ：当输入电平为逻辑“1”时的最小输入电压在数字电路中，逻辑值不是由单一量化电压值决定，而是相应的电压区3、噪声容限定义噪声容限：数字电路中对噪声的容忍量。
电路的抗噪声干扰能力随噪声容限（NM）的增加而增加。
低电平信号的噪声容限NML：NM L＝V IL－V OL高电平信号的噪声容限NMH：NM H＝V OH－V IHNM L NM HNoise Margin噪声影响下的数字信号传播在噪声容限内前级反相器输出的逻辑1能够被后级反相器识别前级反相器输出的逻辑0能够被后级反相器识别设在无噪声条件下，输入电压和输出电压间的关系为()OUT IN V f V =如果输入信号由于噪声而偏离额定值，则输出电压也会偏离原先的额定值()'OUTOUTIN IN INdV Vf V V dV =+∆+ 高阶项（忽略）扰动后的电压＝额定电压＋增益x 外部干扰如果输出电压的增益的数量级小于1，则输入扰动不会被放大，因而造成的输出扰动较小；否则，输入端的小小干扰将会使输出电压有一很大的扰动。
CMOS反相器静态CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)反相器是目前最普遍的反相器，其电路图如图1所示，当V in为高并等于V DD时，NMOS管导通而PMOS管截止，此时在Vout 的接地节点之间存在直接通路，形成一个稳态值0V。
相反，当输入电压为低（0V）时，NMOS 关断而PMOS管导通，V DD和V out之间存在一条通路，产生一个高电平输出电压。
由此实现反相器的功能。
图1.静态CMOS反相器电路静态CMOS反相器具有以下许多特性：（1）输出高电平和低电平分别为V DD和GND，摆幅为电源电压，噪声容限大；（2）逻辑电平与器件的相对尺寸无关；（3）具有低的输出阻抗，使它对噪声和干扰不敏感；（4）输入阻抗极高，缘于MOS管的栅实际上是一个绝缘体；（5）稳态工作下的电源线和地线之间没有直接的通路，在忽略漏电流的情况下意味着该门不消耗任何静态功率。
反相器的电压传输特性(VTC)可以通过图解法迭加NMOS管和PMOS管的电流特性来得到，最终如图2所示。
图2.CMOS反相器的VTC门的输出电容C L事实上包括NMOS和PMOS管的漏扩散电容、连线电容以及扇出门的输入电容。
门的响应时间由通过管子的导通电阻Rp(或者Rn)充放电容CL所需要的时间决定，传播延迟正比于RC。
这意味着可以通过减少输出电容或者减小晶体管的导通电阻实现快速响应。
应当注意，NMOS和PMOS晶体管的导通电阻不是常数，而是晶体管的两端电压的非线性函数，确切决定传播延时较为复杂。
反相器稳定性的评估，静态特性：1.开关阈值V MV M定义为V in=V out的点，在这一区域V DS=V GS，PMOS和NMOS总是饱和，使通过两晶体管的电流相等，得到V M表达式如下（器件处于速度饱和状态即V DSAT<V M-V T且忽略沟长调制效应）：，得到当V DD较大时（大于阈值电压及饱和电压），上式简化为。
cmos反相器的输出特性
cmos 反相器的输出特性
CMOS 反相器输出特性
反相器的意思就是“反转”，是将输入的信号电平反转输出的电路。
图10.5 是将MOS 晶体管置换为开关的反相器电路。
就是说p 沟/n 沟MOS 晶体管承担这个开关的任务。
1．Vin＝Vss 的场合
n 沟MOS 晶体管的VGS 为OV，处于OFF 状态。
p 沟MOS 晶体管的衬底与VDD 等电位，所以等效地VGS 为VDD，处于ON 状态。
所以作为反相器来说，n 沟MOS 晶体管OFF 时只有漏电流（几乎为零）流动，如图10. 6（a）所示，输出电压Vout 除非不取出电流，否则几乎与VDDr 等电压。
2．Vin＝VDD 的场合
p 沟MOS 晶体管OFF，n 沟MOS 晶体管ON，p 沟MOS 晶体管OFF 时只有漏电流。
所以，输出电压Vout 如图10. 6（b）所永，接近Vss 的电位。
