MI：VGSI=Vin=VDD
VDSI=Vout=VOL ∴VDSI < VGSI -VTI MI非饱和导通
IDSI = KNI〔(VGSI- VTI)VDSI- 1/2VDSI2〕 = KNI〔(VDD- VTI) VOL- 1/2VOL2〕 IDSL=1/2 KNL (VGSL - VTL)2
=1/2 K NL (VDD- VOL-VTL)2∵IDSI = IDSL
∴VOL =gmL(VDD - VTL)/2gmI 为使VOL→0，要求gmL<< gmI
Vout
VDD-VTL
gmL/gmI↓ 0
Vin
传输特性曲线如图示：
Vout
VDD-VTL
gmL(VDD-VTL)/2gmI 0 Vin
15.
41
VDD D G MD S Vout
Vin ME
解：1）Vin=0，ME截止
MD：耗尽型负载管VTD<0，VGSD=0
∴VDSD=VDD-Vout=VDD-VOL> VGSD - VTD MD 始终饱和导通
∴Vout= VOH= VDD，改善了高电平传输特性 2）Vin= VDD，Vout= VOL ME：VGSE=Vin=VDD VDSE=Vout=VOL ∴VDSE MI非饱和导通 IDSE= KNE〔(VGSE- VTE)VDSE- 1/2VDSE2〕 =KNE〔(VDD- VTE) VOL- 1/2VOL2〕 IDSD=1/2 KND (VGSD - VTD)2 =1/2 KNDVTD2 ∵IDSI = IDSL ∴VOL = VTD2 KND/2 KNE(VDD - VTE) 低电平传输特性仍取决于两管尺寸之比 为使VOL→0，要求KND << KNE Vout VDD KND/ KNE↓ 0 传输特性曲线如图示： Vin 42 Vout VDD VTD2 KND/2 KNE(VDD - VTE) 0 Vin 16. 答：耗尽型负载nMOS反相器的制造工艺更加复杂，但可以有陡峭的VTC过渡和更好 的噪声容限，并且是单电源供电，整体的版图面积也较小。另外，在CMOS电路中使用耗尽型晶体管还能减少漏电流。 17. 解：VOL = VTD2 KND/2 KNE(VDD - VTE) =0.027V VOH = VDD=2V 18. 答：CMOS电路是指由NMOS 和PMOS所组成的互补型电路。 对于CMOS反相器，Vin=0时，NMOS截止，PMOS导通，Vout=VOH=VDD；Vin= VDD 时， NMOS导通，PMOS截止，Vout=VOL=0。高低输出电平理想，与两管无关。 从对CMOS反相器工作原理的分析可以看出，在输入为0或VDD时，NMOS 和PMOS总是一个导通，一个截止，没有从VDD到VSS的直流通路，也没有电流流入栅极，因而其静态电流和功耗几乎为0。这也是CMOS电路最大的特点。 19. VDD MN Vin MP Vout 43 Vout dVout/dVin=-1 VDD Vin=Vout dVout/dVin=-1 0 VVin IL VIH 解：1）Vin=VIL MN：VGSN = Vin= VIL VDSN = Vout ∴VDSN>VGSN- VTN MN 饱和导通 IDSN =1/2 KN(VGSN - VTN)2 =1/2KN(VIL- VTN)2 MP：- VGSP = VDD - Vin= VDD - VIL - VDSP = VDD - Vout ∴- VDSP < - VGSP –(-VTP) MP非饱和导通 IDSP= KP〔(-VGSP- |VTP|)( -VDSP)- 1/2(-VDSP)2〕 =KP〔(VDD- VIL -|VTP|)( VDD - Vout) - 1/2( VDD - Vout)2〕 ∵IDSN = IDSP，对VIL微分，得： KP〔(VDD- VIL -|VTP|)(-dVout/dVin)+(-1) ( VDD - Vout)- ( VDD - Vout) (-dVout/dVin)〕=KN(VIL-VTN) ∵dVout/dVin=-1 ∴VIL=(2Vout+VTP-VDD+KRVTN)/(1+KR) 其中KR =KN/KP 2）Vin= VIH MN：VGSN = Vin= VIH VDSN = Vout ∴VDSN IDSN= KN〔(VGSN- VTN)VDSN- 1/2VDSN2〕 =KN〔(VIH- VTN) Vout- 1/2 Vout2〕 MP：- VGSP = VDD - Vin= VDD - VIH - VDSP = VDD - Vout ∴- VDSP > - VGSP –(-VTP) MP饱和导通 IDSP =1/2 KP(-VGSP - |VTP|)2 =1/2KP(VDD-VIH-|VTP|)2 ∵IDSN = IDSP，对VIH微分，得： KN〔(VIH-VTN) (dVout/dVin)+Vout-Vout(dVout/dVin)〕=KP(VDD-VIH-|VTP|) 44