Проектирование интегральных микросхем. Шелохвостов В.П - 49 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Рис. 3.2.7. Схема инвертора с пассивной нагрузкой и двумя источниками питания (а) и передаточная характеристика
при условии U
и.п2
> U
и.п1
+ U
01
Передаточная характеристика инвертора (рис. 3.2.7, б) имеет три участка и на каждом участке нагрузочный
инвертор открыт, поскольку U
и.п2
> U
и.п1
+ U
0
. На участке АВ ключевой транзистор Т
2
закрыт и выходное
напряжение U
вых
= U
и.п1
. На участке ВС ключевой транзистор работает на пологой области, а на участке CD – в
крутой области стоковой характеристики. Приравнивание токов транзисторов T
1
и T
2
для участка CD дает
выражение
S
01
[(U
и.п2
– U
вых
– U
0
)
2
– (U
и.п2
– U
и.п1
– U
0
)
2
] =
= S
02
[
]
.)(2
2
вых0вхвых
UUUU −− (3.2.33)
Отсюда напряжение на выходе инвертора U
вых
с обозначением отношения удельной крутизны как m = S
02
/ S
01
будет соответствовать выражению
→
+
+−−−+−
=
1
)([)()(
0вх02и.п0вх
вых
m
UUmUUUUm
S
.
1
)()[()1()](
2
2и.п02и.п
2
02и.п
2
02и.п
+
−−−−+−−+
→
m
UUUUUmUU
(3.2.34)
В формулах (3.2.32) и (3.2.33) можно учесть влияние подложки за счет уменьшения напряжения U
и.п2
на
величину, соответствующую K
п
U
вых
, что эквивалентно повышению порогового напряжения нагрузочного
транзистора Т
1
.
Расчеты можно упростить также подстановкой в формулу (3.2.33) вместо U
и.п2
значения U
и.п2
– (K
п
U
и.п1
) / 2.
Это будет достаточно точно для середины диапазона изменения выходного напряжения.
Обычно статический режим инвертора с двумя источниками питания рассчитывают аналогично схеме с
одним источником. В этом случае подставляют вторые неравенства из формул (3.2.28) и (3.2.29) в формулу
(3.2.33) и получают выражение для расчета соотношения значений удельной крутизны ключевого и нагрузочного
транзисторов, при котором выполняется заданный статический режим:
.
)()(2
)()(
20
вых0
1
вх
0
вых
2
01и.п2и.п
2
0
0
вых2и.п
UUUU
UUUUUU
m
−−
−−−−
≥
(3.2.35)
Статический режим работы инвертора с активной нагрузкой. Эта схема инвертора широко
распространена в КМДП-ИМС, где одновременно используются n- и p-канальные МДП-транзисторы.
Преимуществами подобных инверторов является отсутствие потребления мощности от источника питания в
статическом режиме и лучшая форма передаточной.
Схема инвертора и его стоковые характеристики приведены на рис. 3.2.8. Из рис. 3.2.8, а следует, что
затворы нагрузочного p-каналь-
ного транзистора Т
1
и ключевого n-канального транзистора Т
2
соединены вместе. Исток каждого транзистора
объединен с подложкой. Выходом инвертора являются объединенные стоки. При таком включении ключевой и
нагрузочный транзисторы работают в противофазе. Это означает, что запирание одного из транзисторов связано с
отпиранием другого и наоборот. В таком варианте улучшается быстродействие.
U
вых
0
вых
U
б)

Страницы