文档介绍：CMOS反相器
反相器电路
1、电阻负载反相器(E/R)
Ui为低时:驱动管截止,输出为高电平:Uoh=Udd
Ui=Udd时:输出为低电平:
其中Rl为驱动管的导通电阻。为了使Uo足够低,要求Rl与Rp应有合适的比例。因次,E/R反相器为有比反相器。
2、增强型负载反相器(E/E)
U2管栅极接UDD, 等效负载电阻很小(1/gm2), 增益很小,衬底接全电路的最低电位点(地)。
因此U2管(也称上拉管)存在背栅效应。
当Ui=0 时, U1管截止, 输出为高电平;
当Ui=1 时, U1管导通, 输出为低电平。
3、耗尽负载反相器(E/D)
U2管栅、源极之间短路, UGS2=0, 等效负载约为rds2, 阻值较大, 增益也较大, U2管同样存在背栅效应。
当Ui=0 时, U1管截止, 输出为高电平;
当Ui=1 时, U1管导通, 输出为低电平。
4、CMOS反相器
P管衬底接UDD, N管衬底接地, 栅极与各自的源极相连, 消除了背栅效应, 而且P管与N管轮流导通截止, 输出不是0就是UDD,
“无比电路”
CMOS反相器功耗
1. 静态功耗PS
当Ui=0 时, U1截止, U2导通, Uo=UDD(“1”状态)。
当Ui=UDD(“1”)时, U1导通, U2截止, Uo=0(“0”状态)。
因此, 无论Ui是“0”或“1”, 总有一个管子是截止的, ID=0
故静态功耗 PS=ID×UDD=0
2. 动态功耗(瞬态功耗)PD
1) 对负载电容CL充放电的动态功耗PD1——交流开关功耗
如图所示, 设输入信号Ui为理想方波。
当Ui由“0”→“1”时, 输出电压Uo由“1”→“0”, U1导通, U2截止, IDN使CL放电(反充电), Uo下降。
当Ui由“1”→“0”时,输出电压Uo由“0”→“1”, U1截止, U2导通, IDP给CL充电, Uo上升。
因此, 在输入信号变化的一段时间内, 管子存在电流和电压, 故有功率损耗。
3) Ui为非理想阶跃波形时引入的动态功耗PD2——直流开关功耗
当输入信号不是理想阶跃变化时,
对NMOS管, UGSN=Ui, 则
(1) 当UGSN=Ui<UTHN时,NMOS管截止;
(2) 当UGSN=Ui>UTHN时, NMOS导通。
对PMOS管, UGSP=Ui-UDD, 则
(1) 当|UGSP|=|Ui-UDD|<|UTHP|时, PMOS管截止;
(2) 当|UGSP|=|Ui-UDD|>|UTHP|时, PMOS管导通。
3) Ui为非理想阶跃波形时引入的动态功耗PD2——直流开关功耗
在t1~t2, t3~t4时间段内, NMOS管和PMOS管同时导通, iDN=iDP≠0, UDSN、 UDSP 也不为0, 产生瞬态功耗PD2, 该电流贯穿NMOS管和PMOS。设电流峰值为IDM, 其平均电流近似为IDM/2, 那么, 电源供给的平均功率(也就是管子消耗的平均功率)为