Лекция 12
Статические и динамические характеристики цифровых КМДП-схем
Цели и задачи
•Изучение функционирования цифровых КМДП-схем на примере КМДП-инвертора.
•Изучение статических и динамических характеристик. Передаточная характеристика КМДП-инвертора.
•Паразитный эффект тиристорной защелки в КМДП-структурах.
•Логика на проходных транзисторах.
МДП-транзистор и его ВАХ
Iкрутая( |
) k |
V2( |
|
|
V |
|
|
)V |
V |
V, |
|
V V, |
|
V |
V |
|
D |
2 |
|
GS |
|
T |
|
DS |
DS |
GS |
T |
DS |
|
GS |
T |
||
Iпологая( |
k |
V |
|
|
2 |
|
V V, |
|
V |
V |
|
|
|
|
||
) V |
|
V, |
|
|
|
|
|
|
||||||||
D |
2 |
GS |
|
|
T |
|
|
GS |
T |
DS |
|
GS |
T |
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– Коэффициент усиления |
|
|
||||||||||||
kP P PCOX |
|
|
|
|||||||||||||
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Статические параметры цифровых схем
•Напряжение питания: Vdd, В
•Уровень логических «0» и «1»: V1 и V0, В
•Логический размах сигнала: ΔVЛ = V1 – V0, В
•Статическая потребляемая мощность,
Pстат = Vdd2/R, Вт
•Коэффициент разветвления по выходу: Fo
•Коэффициент объединения по входу: Fi
•Величины входных и выходных токов:
Iвх иIвых, А
• Температурный диапазон: T, oC
Динамические параметры цифровых схем
•Тактовая частота: f, Гц
•Время задержки переключения из «0» в «1»: tзд01 , с
•Время задержки переключения из «1» в «0»: tзд10 , с
•Среднее время задержки переключения:
tзд.ср = (tзд01 + tзд10)/2, с
•Динамическая потребляемая мощность:
Pдин = Сн (ΔVЛ )2 f, Вт
Ток стока для p-транзистора в инверторе
|
|
p |
|
|
P |
|
|
p |
||
|
|
VGS VT |
VDS |
VDS VGS VT |
||||||
P |
|
2 |
2 |
VDS , |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
ID |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
p |
|
|
p |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
VGS VT |
, VDS VGS VT |
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
V V |
|
V |
0, |
V V V |
0 |
|||||
DSвых |
|
|
DD |
|
|
GSвх |
DD |
|
||
|
|
p |
VВХ VDD VTP |
2 |
, |
VВЫХ VВХ VTp |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
P |
|
2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ID |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
P |
|
VВЫХ VDD |
|
|||
|
|
VВХ VDD VT |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
VВЫХ VDD , |
||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
VВЫХ VВХ VTp
Ток стока для n-транзистора в инверторе
|
N |
|
|
V |
N |
|
V |
|
, |
N |
|||
|
|
|
|
||||||||||
|
2 V |
|
|
|
V |
VВЫХ VВХ VT |
|||||||
ВХ |
|
|
T |
|
ВЫХ ВЫХ |
|
|||||||
IDN 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
VВХ |
|
N |
|
|
2 |
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
VT |
|
|
, |
VВЫХ VВХ VT |
|
||||||
|
|
|
|
||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВАХ инвертора
Передаточная характеристика инвертора
|
V |
V |
p |
|
|
Vкр . |
|
||
P : |
DS |
GS |
T |
|
V |
V |
p |
. |
|
|
Vполог |
|||
|
DS |
GS |
T |
|
|
V |
V |
N |
|
|
Vкр . |
|
||
N : |
DS |
GS |
T |
|
V |
V |
N |
. |
|
|
Vполог |
|||
|
DS |
GS |
T |
|
Передаточная характеристика инвертора
IMAX |
N |
Vin VTN 2 |
P |
Vin VDD VTP 2 ;Vin VM |
|
|||||||
2 |
2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
N |
|
|
|
|
|
|
N |
|
||
|
|
VM VT |
|
; |
H |
P |
|
VM VT |
; |
|||
N |
|
|
|
P |
||||||||
|
|
|
VM VDD VTP |
|||||||||
VM VDD VT |
|
|
|
N |
|
|||||||
" "или" "?
VM VDD VT 0 |
N |
0 |
H |
|
|
|
V |
V |
V P |
; |
||
VM VT |
|
P |
M |
V V N |
T |
|||||||
P |
|
|
|
|
|
|
DD |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
M |
T |
|
|
VM H 1 VTN H VDD VTP ; |
VM |
VTN H VDD VTP |
; |
|
||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H 1 |
|
|
|
|