第4章 多媒体数据压缩与编码技术

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1、集成电路设计基础王志功东南大学无线电系2004年12004/7/5第12章CMOS静态恢复逻辑电路设计12.1引言12.2全互补标准CMOS电路12.3伪—NMOS12.4级联电压开关（CVSL）12.5差动错层CMOS四种逻辑电路22004/7/512.1引言第十章中我们讨论了反相器的工作原理和特性。以反相器为基础而构成的逻辑电路称为静态恢复逻辑电路。所谓静态是指不存在预充电—放电机制。所谓恢复逻辑电路是指电路存在着一个逻辑电平噪声容限，当输入信号电平受到的噪声干扰小于规定的容限时，输出能恢复到确定的逻辑电平。32004/

2、7/512.2全互补标准CMOS电路CMOS静态恢复逻辑以反相器为基础，如下图。N管与P管都是驱动管，都受输入信号控制的。P管与N管都是传输门，分别传输“1”和“0”。传输“0”的逻辑正好与传输“1”的逻辑互补：N管原量“”控制传输“0”P管非量“”控制传输“1”图12.142004/7/512.2.1与非门与非门的特征是，全高出低，有低出高。它的卡诺图如下图。该图指出，在这22个最小项中，只有1个元素是传输“0”的，其余的3个都传输“1”。故传输门的输出为，注意，前两项都是传“1”的，显然用P管最合适，又是非量控制，也宜

3、用P管。“+”号，说明这两项是并联的，可以线或。最后一项是传“0”的，宜用N管实现，且是原量控制，可用二个传输门串联。52004/7/512.2.1与非门(续)由此可见，CMOS与非门的结构应当是：在P管阵列，两个传输门并联，接到Vdd。在N管阵列，两个传输门串联，接地。右图所示两输入端与非门电路图。图12.362004/7/512.2.2或非门或非门的特征是，全低出高，有高出低。其卡诺图如图9.4所示。显然，有3个最小项是传输“0”的，只有1个最小项传“1”，故传输门设计应为，其中前两项是原量控制的，传“0”，可以“线或”

4、接地。最后一项是非量控制，传输门串联，传“1”，即接Vdd。图12.472004/7/512.2.2或非门(续)故CMOS或非门将是：P管阵列，两个传输门串联，接Vdd。N管阵列，两个传输门并联，接地。其电路如图所示。图12.582004/7/5“与非门”和“或非门”的两个例子指出：P管阵列的逻辑结构正好是N管阵列的对偶：串联并联NMOS阵列是原量控制，PMOS阵列是非量控制，因而，N型阵列和P型阵列可以接同一个输入信号。P管和N管阵列阵列逻辑结构的对偶关系92004/7/512.2.3复杂的“与或非”电路已知：求：实现上

5、述布尔表达式的CMOS逻辑电路。解：先绘卡诺图，划圈，列出传输门方程式。再将传输门方程式归为P阵列和N阵列。然而，这种设计方法不甚理想，因为它有5个变量，太繁。102004/7/512.2.3复杂的与或非电路(续)为此，先利用原量表达式设计N管阵列MOS传输门，接地传“0”。然后，根据De-Morgan定理，将上式转化为非量形式，再利用非量表达式设计P管阵列MOS传输门，接Vdd，传“1”，图12.6112004/7/512.2.3复杂的与或非电路(续)由此可见，这类CMOS电路有如下特点：电路中PMOS管的数目与NMOS管

6、的数目相同。如果输入变量共有k个，则总共需要2k个晶体管。形成一种全互补电路。若一阵列是串联，则另一阵列必定是并联。管子数量多，功能、集成度较低。由于管子多，版图可能比较复杂。只有设计得当，版图才会有规则。122004/7/5与非门:设计举例6输入与非门:有规则的管子版图排列图12.7132004/7/56输入与非门:版图142004/7/512.3伪NMOS逻辑全互补CMOS电路的缺点是管子数太多。这么多的P管仅仅为了传输卡诺图中的互补项，能否省掉？能否象NMOS电路那样，用一个负载管替代？为此，美国AT&T公司BellL

7、abs研制了一种新的电路，称之为伪NMOS逻辑，如图所示。图12.8152004/7/512.3伪NMOS逻辑(Pseudo-NMOSLogic)采用一只P管做负载是可能的，只要把它的栅极接地，P管就一直处于导通状态，可以作为负载管。因为在这个电路中，地是最低电位，因而P管的栅源电压Vgsp实际上是最负的，永远满足

8、Vgsp

9、Vds+VTp，P管处于线性区域，故伪NMOS反相器的基本特性如图所示图12.9162004/7/512.3伪NMOS逻辑(续)当ViVTn时，N管导通，

10、这时，N管处于饱和区，P管处于线性区，于是，172004/7/512.3伪NMOS逻辑(续)平衡时，Idsn=Idsp，则取典型值，Vtn=0.2Vdd，Vtp=-0.2Vdd，Vi=0.5Vdd，Vo=0.5Vdd，通常n/p=2.5，代入得，182004/7/512.3伪NMOS逻