5.1 引言

5.2 静态CMOS反相器

• 晶体管是个有无限关断电阻(当$|V_{GS}|<|V_T|$∣VGS​∣<∣VT​∣)
  • 和有限导通电阻($|V_{GS}|>|V_T|$∣VGS​∣>∣VT​∣时)的开关
• $V_{in}$Vin​=$V_{DD}$VDD​时，N通P截。
  • 图5.2(a)
  • $V_{out}$Vout​和地间有通路,
  • 形成稳态0

• 当输入电压为低(0V)时,
  • N断P通。
  • $V_{DD}$VDD​和$V_{out}$Vout​间存一通路
  • 产生高电平输出

重要特性

• 高低电平：$V_{DD}$VDD​、$GND$GND,摆幅=电源

  • so 噪声容限大

• 逻辑电平与相对尺寸无关

  • so晶体管可用最小尺寸。
  • 有比逻辑中逻辑电平是
    • 由晶体管的相对尺寸决定

• 稳态时在输出和$V_{DD}$VDD​ 或 $GND$GND间

  • 总有一条具有有限电阻的通路。
  • 因此CMOS反相器有低输出阻抗,这使它对噪声和干扰不敏感。
  • 输出电阻在$k\Omega$kΩ范围

• 输入电阻高,

  • 栅绝缘,so不取任何dc(直流)输入电流。
    • 输入只连栅,so稳态输入电流零。
  • Theoretically：单反可驱无穷多门(或者说具有无穷大的扇出)
    • 而仍正确工作,但加扇出会加传播延时。
    • 扇出对稳态特性无影响,但瞬态响应变差

• 稳态时 电源和地间无直接通路

  • 无电流存在(ignore漏电流)：该门不消耗静态功率

注

• 上面虽明显,但重要
  • 是数字技术选择CMOS的主因之一
• 但70和80年代早期则不
  • 早期的微处理(如Intel 4004)只用NMOS
  • 由于缺少互补器件(如NMOS和PMOS)
  • 不容易使反相器有零静态功耗
    • 限制单片上能集成的逻辑门数目
    • so到80年代,当工艺技术缩小到允许更高集成密度时只能转向CMOS