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静态内部倒相器的设计

发布时间:2024-06-01 发布时间:
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与倒相器设计有关的参数大致有三类: 第I类叫作“选定参数”,是指那些在一定条件下,不可能大幅度调整而需预先确定的参数。例如:μ,tox,λ,Ron,xj,L,VDD,VGG,VBS,Js等。 第Ⅱ类叫作“可控参数”,是指那些可在一定范围内加以控制的参数。例如:NB,γ,VT等。 第Ⅲ类叫作“电路参数”,是指那些由用户提出的、标志电路性能要求的参数.例如:高低电平、直流传输特性、噪声容限、负载能力、上升和下降时间、功率耗散和占用管芯面积等。

倒相器的设计,通常是先确定“选定参数”和“可控参数”,然后再从某些电路参数的要求出发进行设计计算。计算结果若不能全面满是原来提的要求,再进行修改直至全面满足要求为止。设计的最终目标是获得可控参数数值和倒相器中管子的尺寸。

倒相器的设计,通常是先确定“选定参数”和“可控参数”,然后再从某些电路参数的要求出发进行设计计算。计算结果若不能全面满是原来提的要求,再进行修改直至全面满足要求为止。设计的最终目标是获得可控参数数值和倒相器中管子的尺寸。在一定的工艺条件下,倒相器的设计,关键是对晶体管的尺寸(W/L)的设计,并由确定的沟道长度L,获得沟道宽度的具体数值。可以应用上升时间tr(19)与下降时间tf(20)公式计算器件的宽长比(W/L)。当输出信号的幅度变化只能从 0.1VDD~0.9VDD时,则输出信号的周期就为上升与下降时间之和,且信号成为锯齿波,这时所对应的信号频率被认为是倒相器的最高工作频率。

在实际的设计中,通常要预留一定的设计余量,当确定了信号的最高工作频率要求后,在考虑了余量后就可以获得上升时间与下降时间的数值,根据工艺提供的器件的阈值电压数值、栅氧化层厚度等参数,即可以计算倒相器的NMOS和PMOS晶体管的具体尺寸。

通常在设计倒相器时,要求输出波形对称,也就是tr=tf,因为是在同一工艺条件下加工,NMOS和PMOS的栅氧化层的厚度相同,如果NMOS和PMOS的阈值电压数值相等,则KP=KN。由导电因子的表达式可以得到如下结论:此时的 。

由此可以得到一个在这种条件下的简便计算方法:只要计算tf, 并由此计算得到NMOS管的宽长比(W/L)N,将此值乘2.5就是PMOS管的 (W/L)P,反之也行。

[例题]设计一个倒相器,要求tr=tf=25ns,VTN=1V,VTP=-1V,VDD=5V,栅氧化层厚度为50nm, 负载电容CL=2pF,试计算NMOS管和PMOS管的宽长比(电子迁移率取μn=600cm2/V·s)。 解 由所给参数,得到αN=0.2,根据ε0和εSiO2的数值以及栅氧化层的厚度,可以计算得到单位面积栅电容Cox=6.9×10-8F/cm2,本征导电因子K’N=2.07×10-5A/V2,将的αN值代入式(4-20),得

最后得到(W/L)N=1.43,近似取值2。将NMOS的宽长比乘2.5,得 (W/L)p=2.5(W/L)N=5


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