文档介绍：第五章 CMOS 反相器
第一节对逻辑门的基本要求
(1)鲁棒性(用静态或稳态行为来表示)
静态特性常常用电压传输特性(VTC)来表示(即输出与输入的关系),
传输特性上具有一些重要的特征点。
逻辑门的功能会因制造过程的差异而偏离设计的期望值。
V(y)
电压传输特性(直流工作特性)
VOH f
V(y)=V(x)
VOH = f(VOL)
VM 开关阈值 VOL = f(VOH)
VM = f(VM)
VOL
VOL VOH V(x)
额定电平
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第1 页
(2)噪声容限:芯片内外的噪声会使电路的响应偏离设计的期望值
(电感、电容耦合,电源与地线的噪声)。
一个门对于噪声的敏感程度由噪声容限表示。
可靠性―数字集成电路中的噪声
v(t) VDD
i(t)
电感耦合电容耦合电源线与地线噪声
噪声来源: (1)串扰(2)电源与地线噪声(3)干扰(4)失调
应当区分: (1)固定噪声源(2)比例噪声源
浮空节点比由低阻抗电压源驱动的节点更易受干扰
设计时总的噪声容限分配给所预见的噪声源
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第2 页
噪声容限(Noise Margin)
V
out
V V 斜率= -1
“1” OH OH
V
IH
不确定区
斜率= -1
V
IL
V
OL
“0” V
OL
V V V
IL IH in
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第3 页
噪声容限定义
噪声容限
(Noise Margin)
"1"
V
高电平 OH 容许噪声的限度
NMH
噪声容限 V
IH
未定义区
低电平 NML V
V IL
噪声容限 OL 抗噪声能力
"0" (Noise Immunity)
门输出门输入
抑止噪声的能力
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第4 页
理想逻辑门
V out
Ri = ∞
Ro = 0
Fanout = ∞
g = ∞
NMH = NML = VDD/2
V in
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第5 页
早期的逻辑门
NM L
V M
NM
H
V in (V)
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第6 页
(3) “再生”特性:逻辑门的“再生”特性使被干扰的信号能恢复到名义
的逻辑电平。
逻辑门具有“再生”特性的条件是合法区的增益小于1,过渡区的
增益大于1。
再生特性 out
out
v3
v3 finv(v)
f (v)
v1
v1
v
3 f (v)
finv(v)
v0 v2 in
v v in
2 再生特性0 不具有再生特性
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第7 页
再生特性
v0 v1 v2 v3 v4 v5 v6
5
v 0
3
(Volt)
V
v
1 1
v2
2 1
0 2 4 6 8 10
t (nsec)
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第8 页
(4)逻辑门的“单向性”:输出电平的变化不应出现在任何一个输入上
但实际情况在输出与输入之间总有反馈。(如密勒效应)
(5)逻辑门的扇出(Fan-out) 和逻辑门的扇入(Fan-in)
扇出( Fan-out) 扇入(Fan-in)
M
N
扇出(Fan-out) N 扇入(Fan-in) M
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集成电路》周润德第 5 章第9 页
(6)逻辑门的面积与复杂性(集成度与速度)
(7)动态性能(由动态或瞬态响应来决定)
上升时间、下降时间(tr ,tf )
传播时间(tPHL ,tPLH ,tP)
一个门的传播时间与扇出和扇入数有关
测量门的延时可以用环振电路(一般至少五级反相器)
实际电路的最高工作频率比环振测得的低50-100倍
2004-9-29 清华大学微电子所《数字大规模集