信息來源: 時間:2020-11-2
倒相器輸出特性曲線上兩個工作點,A點(開態)所對應的為輸出低電平,B點(關態)所對應的為輸出高電平?,F在分別討論輸出高低電平的大小及其與器件參數的關系。
當倒相器截止時,輸出電壓接近于,這時負載管的,因此滿足,負載管工作在非飽和區,其電流為:
因為:
上式改寫為:
由于輸入管截止,,通過負載管的也為0,所以便得到:
E/DMOS倒相器截止時,輸出高電平確實等于電源電壓。
當倒相器導通時,輸出低電平,但并不等于。這時負載管的,滿足,負載管工作在飽和區,其電流為:
而輸入管的,滿足,輸入管工作在非飽和區,其電流為:
因為
上式改寫為:
由,可以解得:
這就是倒相器導通時,輸出低電平的表達式。它與器件參數和工藝參數有關。如愈大,愈小,則愈接近于0。
從上面分析看到,倒相器的輸出高電平接近電源電壓,輸出低電平接近于0,所以輸出的電壓幅值較大,電源電壓得到充分利用,這是E/D MOS電路的一大優點。
圖2-35所示為E/DMOS倒相器的傳輸特性曲線,上面表示的各個參數,其意義與E/EMOS倒相器中的相同。
根據不同的工作狀態,可以把傳輸特性曲線分成三個不同的區域。為了討論清楚起見,我們先把這三個區域中負載管和輸入管的工作區域作一說明。大家知道,MOS管飽和區與非飽和區的分界線為:
對于E/DMOS倒相器的負載管,由于:
代入上式,得到E/D MOS倒相器負載管飽和區與非飽和區的分界線為:
若(分界線上面),負載管工作在非飽和區,若(分界線下面),則負載管工作在飽和區。
對于輸入管,飽和區與非飽和區的分界線為:
當時(分界線左上側),輸入管工作在飽和區;當時(分界線右下側),輸入管工作在非飽和區。
根據以上劃分,圖2-35中三個區城中倒相器兩個管子的工作狀態,就比較清楚了。在第I區中,負載管工作在非飽和區,輸入管工作在飽和區;在第II區域,負載管和輸入管都工作在飽和區;在第III區域,負載管工作在飽和區,輸入管工作在非飽和區域。
現在,分別討論三個區域中倒相器的輸出電壓與輸入電壓的函數關系。
第I區;當
由,可得到方程:
解此方程,可得:
當大于不多時,滿足:
,則可利用級數展開近似式,將(2-52)式簡化成:
可見,隨著增大,輸入管的溝道增原,溝道電阻減小,所以,很快下降,即為特性的段。
第II區,進一步增加,使輸入管和負載管都工作在飽和區,其電流分別為:
由方程解得:
這是一條與縱軸平行的直線,即為特性曲線的段。
就是從倒相器捷止的導通過聚的輸入電壓,這個電壓依賴于,和如器件幾何尺寸一定,則主要依賴于工藝參數。
第Ⅲ區輸入管處于非飽和區,負載管處于飽和區,其電流分別為:
由,得到方程:
解此方程,得:
當時,根式可用級數展開,近似化簡為:
從(2-56)式可以看到,隨著輸入電壓的升高,輸出電壓緩慢下降,直至趨近于零;而且愈小,下降愈快,這就是特性曲線的DE段。
從上面的討論看到,E/DMOS倒相器的傳輸性與器件的參數和工藝參數有密切的關系。
圖2-36(a)表示不同對傳輸特性的影響,從圖中看到,取可得到良好的傳輸特性。
圖2-36(b)表示不同對傳輸性的影響,從圖中看到,傳輸特性的影響特別顯著,愈大,傳輸特性愈差,輸出低電平愈高。
此外,負載管的與增強型負載管的閥值電壓一樣,要受到源極調制作用的影響,因此,在設計中,是需要認真考慮的一個重要因素。
要求得噪聲容限,必須先求得關門電平與開門電平的表達式。從圖,2-35中看到,為規定的最小輸出高電平,它對應的輸入電壓就是關門電平。用和分別代替(2-53)式中的和就可求得關門電平:
同樣,可以看到,為規定的最大輸出低電平,它對應的輸入電壓就是開門電平,將和分別代替(2-56)式中的和,就得到開門電平:
于是,根據定義可寫出輸入低電平噪聲容限為:
輸出高電平噪聲容限為:
下面舉個例子,使大家對噪容的大小有個數量的概念。
若有某個E/D MOS倒相器,其,規定。試求其噪聲容限。
由(2-57)式算得:
由(2-58)式算得:
所以:
可見,噪聲容限可以達到電源電壓的35%以上。直流噪聲容限大,抗干擾能力強,這是E/DMOS倒相器的又一特點。
還要強調指出,E/DMOS直流特性強烈地依賴于負載管的夾斷電壓,例如輸出低電平的大小,抗干擾性能的優劣,無不與有直接關系,因此,成為設計中的一個重要因素。為了保證輸出低電平的要求,并能減小晶片面積,可以不用增大輸入管的寬長比W/L,而采用減小的方法來達到。
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