CMOS或非门的电压传输特性的分析

周正华

(贵港职业学院 电子机械系，广西 贵港 537100)

CMOS或非门的电压传输特性的分析

周正华

(贵港职业学院 电子机械系，广西 贵港 537100)

介绍了CMOS或非门的电压传输特性，并且讨论了单输入和双输入对或非门电压的转换阈值的影响。

CMOS或非门；电压传输特性；转换阈值

引言

CMOS或非门是数字集成电路基本单元之一，广泛应用于各类CMOS数字集成电路设计中。例如：CMOS或非门构成的多谐振荡器，CMOS或非门构成的基本RS触发器等电路中。要设计出符合要求的高速、低功耗的CMOS数字集成电路，就必须对CMOS或非门的电压传输特性有清晰的认识，在绘制电压传输特性曲线时，转换阈值是非常有用的。为此，文中借鉴CMOS反相器的方法，对CMOS或非门的电压传输特性做出了详细的分析，为CMOS数字集成电路设计提供相应的理论指导。

1 CMOS或非门的模型

在CMOS数字集成电路中，构造或非门的结构是相当简单的。使用门级电路就可以实现，即并联的NMOS晶体管执行逻辑或功能，串联的PMOS晶体管执行与功能，并且N型的复合结构和P型的复合结构互为对偶。例如：图1所示的2输入或非门中，如果任一个输入为高，输出就为低。这就要求两个下拉器件相并联，即两个NMOS为并联，两个上拉器件与两个下拉器件又互为对偶关系，也即两个PMOS为串联结构。图1 2输入或非门

2 CMOS或非门的电压传输特性

研究CMOS或非门的电压传输特性，与CMOS反相器非常类似。在此，可以借鉴反相器的电压传输的转换阈值公式：

下面以讨论图2一个2输入或非门的电压传输特性为例。假定一个2输入或非门与一个上拉器件的尺寸为2W，下拉器件的尺寸为1W的反相器有相同的延迟特性，这时2输入或非门应设置上拉器件的尺寸为4W，下拉器件的尺寸为1W。而由于CMOS或非门具有多个输入，因此实际的特性取决于输入的变化情况。i)当是单输入的情况:假设输入A从低到高发生转换，B=0.在这种情况下，认为有一个NMOS器件是开路，有一个PMOS是短路。此时，就等效为一个具有4W的上拉器件和1W的下拉器件的反相器,也即，。这就意味着或非门的电压传输特性向右边移动，见图2所示。ii)当时双输入的情况：假设两个输入接在一起同时从低到高发生转换。此时，就等效为一个具有2W的上拉器件和下拉器件的反相器，这就意味着或非门的电压传输特性向右边移动，见图2所示。

3 结论

（1）对于多输入或非门的电压传输特性，可以采用类似的方法考虑。

（2）对于与非门，也可以类似分析，会发现与非门具有比或非门更低的转换阈值。

[1]蒋安平，王新安，陈自力等译．数字集成电路分析与设计[M]．电子工业出版社，2005．

[2]陈贵灿，程军，张瑞智等译．模拟C M O S集成电路设计[M]．西安交通大学出版社，2003．

[3]阎石．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社,2000．

TN431.2

A

1005-1554（2011）02-0012-01

2011-03-15

周正华（1979-），男，江西临川人，贵港职业学院电子机械系教师，硕士研究生，主要研究方向为CMOS专用集成电路设计及其应用。