《传输门基本特性》PPT课件.ppt

1,第四章基本单元电路,4.7传输门基本特性,2,MOS传输门逻辑电路,NMOS/PMOS传输门特性CMOS传输门特性传输门的级联NMOS传输门的电平恢复,3,MOS传输门结构,NMOS传输门PassTransistor源、漏端不固定双向导通,CMOS传输门TransmissionGateNMOS,PMOS并联源、漏端不固定栅极接相反信号两管同时导通或截止,CMOS反相器NMOS,PMOS串联源端接固定电位、漏端输出栅极接相同信号两管轮流导通或截止,4,NMOS传输门传输高电平特性,源端,(G),(D),(s),VD=VG,器件始终处于饱和区,直到截止（类似于饱和负载的特性）,Vin=VDD,Vc=VDD,5,NMOS传输高电平,输出电压：有阈值损失工作在饱和区，但是电流不恒定衬偏效应增加阈值损失减小电流低效传输高电平(电平质量差，充电电流小),Vin=VDD,Vc=VDD，VoutVDDVth,6,NMOS传输门传输低电平特性,漏端,(G),(s),(D),Hints:器件先处于饱和区，后处于线性区（类似于CMOS反相器中的NMOS管）,Vin=0,Vc=VDD,7,NMOS传输低电平,输出电压：没有阈值损失先工作在饱和区，后进入线形区没有衬偏效应高效传输低电平（电平质量好，充电电流大）,Vin=0,Vc=VDD，Vout0,8,NMOS传输高电平和低电平,由于工作状态不同，以及衬偏效应的影响NMOS传输高电平过程的等效电阻近似为传输低电平时的2-3倍,9,PMOS传输门传输特性,传输高电平情况,传输低电平情况,器件先处于饱和区，后处于线性区,器件始终处于饱和区,直到截止,10,NMOS/PMOS传输门：RC延迟,沿用反相器部分的分析模型，宽度为W的PMOS导电因子为K，等效电阻为R0，漏电容为C0，并有迁移率2倍近似如果负载电容只有传输管的漏电容，则宽度为W/2的NMOS的传输延迟：多级串联的传输门可以根据集总或者elmore模型计算,11,传输管（NMOS/PMOS传输门）,结构简单有阈值损失NMOS高效传输低电平，低效传输高电平PMOS载流子迁移率小，NMOS传输门应用更多,12,MOS传输门逻辑电路,NMOS/PMOS传输门特性CMOS传输门特性传输门的级联NMOS传输门的电平恢复,13,CMOS传输门传输高电平特性,传输高电平分为3个阶段：（1）NMOS和PMOS都饱和；（2）NMOS饱和,PMOS线性；（3）NMOS截止,PMOS线性。,14,CMOS传输门传输低电平特性,传输低电平分为3个阶段：（1）NMOS和PMOS都饱和；（2）NMOS线性,PMOS饱和；（3）NMOS线性,PMOS截止。,15,CMOS传输门直流电压传输特性,始终有一个器件是导通的，可以传输全摆幅的信号,16,CMOS传输门导通电流的变化,传输高电平,传输低电平,17,CMOS传输门导通电阻的变化,传输延迟时间,传输低电平,18,CMOS传输门：RC延迟,利用高效电阻为低效电阻一半的结论对称设计：KnKp2K，Wp2Wn2W，RnRpR0/2如果负载电容只有传输管的漏电容，则传输延迟：相同尺寸：WpWnW，Kn2Kp2K，RnRp/2R0/2，则传输延迟：CMOS传输门NP器件宽度相同为最优,19,MOS传输门逻辑电路,NMOS/PMOS传输门特性CMOS传输门特性传输门的级联NMOS传输门的电平恢复,20,传输门的级联：RC网络,C,R,eq,R,eq,C,C,R,eq,C,In,m,(c),21,DelayOptimization,平方增加线性增加传输门级联最多34个，再多则需要插入缓冲器,22,MOS传输门逻辑电路,NMOS/PMOS传输门特性CMOS传输门特性传输门的级联NMOS传输门的电平恢复,23,NMOS传输高电平：阈值损失,0,0.5,1,1.5,2,0.0,1.0,2.0,3.0,Timens,V,o,l,t,a,g,e,V,x,Out,In,24,NMOS传输门,A=,2.5V,B,C=,2.5,V,C,L,A=,2.5V,C=,2.5V,B,M,2,M,1,M,n,阈值损失降低了噪声容限，并引起静态短路功耗可以采用CMOS传输门，但是结构复杂,V,B,doesnotpullupto2.5V,but2.5V-,V,TN,25,NMOS传输门:电平恢复器件,M,2,M,1,M,n,M,r,Out,A,B,V,DD,V,DD,LevelRestorer,X,Advantage:FullSwing,Restoreraddscapacitance,takesawaypulldowncurrentatX,Ratioproblem,26,RestorerSizing,W,/,L,r,=1.0/0.25,W,/,L,r,=1.25/0.25,W,/,L,r,=1.50/0.25,W,/,L,r,=1.75/0.25,V,o,l,t,a,g,e,V,Timeps,3.0,电平恢复作用的PMOS器件Mr的宽长比不能太大，否则电路无法工作Mr一般取最小尺寸LL，这样引入漏区电容最小如果前级NMOS传输门串联级数较多，Mr甚至可以取为倒比例（W/L1）,