第四章 MOS逻辑集成电路ppt课件.ppt

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1、本章主题MOSFET结构及工作原理（补充）CMOS基本逻辑单元静态逻辑和动态CMOS电路BiCMOS逻辑集成电路MOS存储器MOSFET逻辑设计理想开关与布尔运算MOSFET开关基本的CMOS逻辑门CMOS复合逻辑门传输门（TG）电路时钟控制和数据流控制理想开关与布尔运算xyAAB“1”“1”ABxyAAB“1”“1”AB“1”AA“0”MOSFET开关理想逻辑定义：“0”：0V：低电压“1”：VDD：高电压=?=?XX与理想开关的区别？阈值电压传输特性基本的CMOS逻辑门逻辑控制器+逻辑开关互补对非门（NOT门）CMOS或非门（NOR门）CMOS与非门（NAND门）CMOS复合逻

2、辑门异或门（XOR）和异或非门（XNOR）一般化的AOI和OAI逻辑门基本逻辑符号≥11&≥1=1=&逻辑与逻辑或逻辑非与非或非异或同或传输门（TG）电路双向开关逻辑设计多路选择器（MUX）或门（or门）另一种异或/异或非电路时钟控制和数据流控制习题利用串-并联逻辑，设计一个完成下列功能的CMOS逻辑门，要求使用晶体管数目最少。F=not（A+BC+ABC）设TG的维持时间为120ms。采用上图的设计方法，能够用来控制数据流的最低时钟频率是多少？§4.1CMOS逻辑集成电路MOS反相器电阻负载NMOS反相器采用晶体管作为负载器件的反相器CMOS反相器CMOS传输门反相器分类MOS反

3、相器输入（驱动管）必须是增强型MOS，早期用PMOS（易于实现增强型）根据负载情况不同，反相器的形式也不同E/R电阻负载NMOS反相器（E/E、E/D）采用晶体管作为负载器件的反相器CMOS反相器反相器的特性驱动管负载RLMOS反相器是数字电路分析设计的基础。讨论驱动大电容负载，获得最小延迟时间的设计分析反相器的特性NoisedefinitioninDCNominalvoltagelevelVoltagetransfercharacteristicNoisemarginFan-inandFan-outInput/outputresistanceIdealinverterDelayd

4、efinitionPowerdissipation理想的反相器电压增益无穷大噪声容限等于逻辑幅值的一半反相器的阈值电压等于逻辑幅值的中间点输入电阻无穷大输出电阻等于零VDD/2静态行为的噪声电感耦合、电容耦合、电源串扰直流特性Nominalvoltagelevel数字逻辑：0、1布尔量物理量：VOL、VOH连续量LogicSwing：VOH-VOL反相器的阈值电压：VM（V(y)=V(x)的点）电压传输特性：Vout=f（Vin）V(x)VILVIH电平噪声容限VIL：输入电平逻辑“0”的最大输入电压VIH：输入电平逻辑“1”的最小输入电压VOL：输出电平逻辑“0”的最大输出电压V

5、OH：输出电平逻辑“1”的最小输出电压NML=VIL-VOLNMH=VOH-VIH转移特性曲线斜率为-1的点所对应的电压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Fan-inandFan-out器件的输入、输出电阻当输入信号电压加到器件的输入端时，器件本身相当于前一级器件的负载输入电阻越大则前一级的信号衰减的越小器件空载时的伏安比为输出电阻器件的输出电阻越小，则输出电阻受负载的影响越小，说明器件带负载能力越强上升时间TR输出电压从V10%上升到V90%所需的时间下降时间TF输出电压从V90%下降到V10%

6、所需的时间反相器的动态特性延迟时间的定义输入电压上升到V50%时和输出电压下降到V50%时之间的延迟时间输入电压下降到V50%时和输出电压上升到V50%时之间的延迟时间延迟时间tp逻辑器件的功耗功耗对设计的影响封装、冷却设备、电源线尺寸的设计单个芯片中可容纳的晶体管数目影响芯片的可用性、造价、稳定性功耗分类峰值功耗—电源线尺寸平均功耗—冷却设备、电池容量功耗参数（静态功耗、动态功耗）功耗与速度的关系能量在晶体管中转移的越快、速度越快、延迟越小功耗延迟积来表达电路的特征功率和能量功率，Power单位：瓦Watts单位时间内的能量，决定了电池的寿命峰值功率影响电源线的布置、封装、噪声和

7、可靠能量单位：焦耳JoulesEnergy=power*time（delay）Joules=Watts*seconds电路较低的能量意味着在同样频率下执行同样的操作需要较低的功率Wattstime功率是指曲线的高度WattstimeApproach1Approach2Approach2Approach1能量是指曲线的面积简单的低功耗设计只需降低速度上述两种方法的能量相同功率和能量功耗－延迟积Power-delayproduct(PDP)=Pav*tp=(CLVDD2)