CMOS反相器

(1)  静态功耗极低。在稳定时,CMOS反相器工作在工作区Ⅰ和工作区Ⅴ,总有一个MOS管处于截止状态,流过的电流为极小的漏电流。

(2)  抗干扰能力较强。由于其阈值电平近似为0.5VDD,输入信号变化时,过渡变化陡峭,所以低电平噪声容限和高电平噪声容限近似相等,且随电源电压升高,抗干扰能力增强。

(3) 电源利用率高。VOH=VDD,同时由于阈值电压随VDD变化而变化,所以允许VDD有较宽的变化范围,一般为+3～+18V。

(4)  输入阻抗高,带负载能力强。

1.电压传输特性和电流传输特性

(1)CMOS反相器的电压传输特性曲线可分为五个工作区。

工作区Ⅰ:由于输入管截止,故vO=VDD,处于稳定关态。

工作区Ⅲ:PMOS和NMOS均处于饱和状态,特性曲线急剧变化,vI值等于阈值电压Vth。

工作区Ⅴ:负载管截止,输入管处于非饱和状态,所以vO≈0V,处于稳定的开态。

(2)CMOS反相器的电流传输特性曲线,只在工作区Ⅲ时,由于负载管和输入管都处于饱和导通状态,会产生一个较大的电流。其余情况下,电流都极小。

2.输入特性和输出特性

3.电源特性

两个MOS管的开启电压VGS(th)P<0, n="">0,通常为了保证正常工作,要求VDD>|VGS(th)P|+V GS(th)N。若输入vI为低电平(如0V),则负载管导通,输入管截止,输出电压接近VDD。若输入vI为高电平(如VDD),则输入管导通,负载管截止,输出电压接近0V。

综上所述,当vI为低电平时vo为高电平;vI为高电平时vo为低电平,电路实现了非逻辑运算,是非门――反相器。

CMOS反相器在电容负载情况下,它的开通时间与关闭时间是相等的,这是因为电路具有互补对称的性质。下图表示当vI=0V时 ,TN截止,TP导通,由VDD通过TP向负载电容CL充电的情况。由于CMOS反相器中,两管的gm值均设计得较大,其导通电阻较小,充电回路的时间常数较小。类似地,亦可分析电容CL的放电过程。CMOS反相器的平均传输延迟时间约为10ns。