《集成电路原理与设计》课件4.7传输门基本特性.ppt

1、1第四章第四章 基本单元电路基本单元电路4.7 传输门基本特性传输门基本特性2 MOS传输门逻辑电路传输门逻辑电路nNMOS/PMOS传输门特性传输门特性nCMOS传输门特性传输门特性nNMOS传输门的电平恢复传输门的电平恢复3 MOS传输门结构传输门结构CLVcVoutVinCLVVVcinout NMOS传输门传输门 Pass Transistor 源、漏端不固定源、漏端不固定双向导通双向导通CMOS传输门传输门Transmission GateNMOS,PMOS并联并联源、漏端不固定源、漏端不固定栅极接相反信号栅极接相反信号两管同时导通或两管同时导通或截止截止CMOS反相器反相器NMOS

2、,PMOS串联串联源端接固定电位、源端接固定电位、漏端输出漏端输出栅极接相同信号栅极接相同信号两管轮流导通或两管轮流导通或截止截止4NMOS传输门传输高电平特性传输门传输高电平特性CLVcVoutVin源端源端(G)(D)(s)Hints:VD=VG,器件始终处于饱和器件始终处于饱和区区,直到截止直到截止Vin=VDD,Vc=VDD 5NMOS传输高电平2)(outTNDDNDNVVVKIn输出电压：有阈值损失输出电压：有阈值损失n工作在饱和区，但是电流不恒定工作在饱和区，但是电流不恒定n衬偏效应衬偏效应n增加阈值损失增加阈值损失n减小电流减小电流n低效传输高电平低效传输高电平(电平质量差，充

3、电电流小电平质量差，充电电流小)22(0foutfTNTNVVVCLVcVoutVinVin=VDD,Vc=VDD，VoutVDDVth6NMOS传输门传输低电平特性传输门传输低电平特性CLVcVoutVin漏端漏端(G)(s)(D)Hints:器件先处于饱和区，器件先处于饱和区，后处于线性区后处于线性区（类似于（类似于CMOS反相器中反相器中 的的NMOS管）管）Vin=0,Vc=VDD 7NMOS传输低电平21)(TNDDNDNVVKIn输出电压：没有阈值损失输出电压：没有阈值损失n先工作在饱和区，后进入线形区先工作在饱和区，后进入线形区n没有衬偏效应没有衬偏效应n高效传输低电平高效传输低

4、电平（电平质量好，充电电流大）（电平质量好，充电电流大）CLVcVoutVinVin=0,Vc=VDD，Vout0outTNDDNDNVVVKI)(228NMOS传输高电平和低电平n由于工作状态不同，以及衬偏效应的影响nNMOS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CLVcVoutVin9 PMOS传输门传输特性传输门传输特性CLVcVoutVin漏端漏端(G)(s)(D)传输传输高高电平情况电平情况传输传输低低电平情况电平情况器件先处于饱和区，器件先处于饱和区，后处于线性区后处于线性区器件始终处于饱和区器件始终处于饱和区,直到截止直到截止10传输管（传输管（NMOS/PMOS传

5、输门）传输门）n结构简单结构简单n有阈值损失有阈值损失nNMOS高效传输低电平，低高效传输低电平，低效传输高电平效传输高电平nPMOS载流子迁移率小，载流子迁移率小，NMOS传输门应用更多传输门应用更多CLVcVoutVinCLVVVcinout11 MOS传输门逻辑电路传输门逻辑电路nNMOS/PMOS传输门特性传输门特性nCMOS传输门特性传输门特性nNMOS传输门的电平恢复传输门的电平恢复12CMOS传输门传输高电平特性传输门传输高电平特性CLVVVDDDDout,outTPVV,TPoutDDTNVVVV传输高电平分为传输高电平分为3个阶段：个阶段：（1）NMOS和和PMOS都饱和；都

6、饱和；（2）NMOS饱和饱和,PMOS线性；线性；（3）NMOS截止截止,PMOS线性。线性。,outDDTNVVVCLVcVoutVin13CMOS传输门传输低电平特性传输门传输低电平特性CLVVDDout0,outDDTNVVV,DDTNoutTPVVVV 传输低电平分为传输低电平分为3个阶段：个阶段：（1）NMOS和和PMOS都饱和；都饱和；（2）NMOS线性线性,PMOS饱和；饱和；（3）NMOS线性线性,PMOS截止。截止。,outTPVV CLVcVoutVin14CMOS传输门直流电压传输特性传输门直流电压传输特性0VDDVDDVinVoutVDDVTPVTN单 管导 通双 管导

7、 通单 管导 通-CLVVDDoutVin始终有一个器始终有一个器件是导通的，件是导通的，可以传输全摆可以传输全摆幅的信号幅的信号15 MOS传输门逻辑电路传输门逻辑电路nNMOS/PMOS传输门特性传输门特性nCMOS传输门特性传输门特性nNMOS传输门的电平恢复传输门的电平恢复16NMOS传输高电平：阈值损失VDDInOutx0.5m/0.25m0.5m/0.25m1.5m/0.25m00.511.520.01.02.03.0Time nsVoltage VxOutIn17NMOS传输门A=2.5 VBC=2.5 VCLA=2.5 VC=2.5 VBM2M1Mnn阈值损失相对于引入了噪声，

8、并引起静态短路功耗阈值损失相对于引入了噪声，并引起静态短路功耗n可以采用可以采用CMOS传输门，但是结构复杂传输门，但是结构复杂VB does not pull up to 2.5V,but 2.5V-VTN18NMOS 传输门:电平恢复器件M2M1MnMrOutABVDDVDDLevel RestorerX 优点：输出信号全摆幅优点：输出信号全摆幅 缺点：增加了缺点：增加了X和和out节点电容，节点电容，X节点放电过程节点放电过程Mr和和Mn竞争竞争 折中方案：限制折中方案：限制Mr电流电流19Restorer Sizing01002003004005000.01.02.0W/Lr=1.0/

9、0.25 W/Lr=1.25/0.25 W/Lr=1.50/0.25 W/Lr=1.75/0.25 Voltage VTime ps3.0电平恢复电平恢复PMOS宽长比不能太大，否则电路无法工作宽长比不能太大，否则电路无法工作Mr一般取最小尺寸一般取最小尺寸LL，这样引入漏区电容最小，这样引入漏区电容最小如果前级如果前级NMOS传输门串联级数较多，传输门串联级数较多，Mr甚至可以取为甚至可以取为倒比例（倒比例（W/L1）M2M1MnMrOutABVDDVDDLevel RestorerX本节总结20nNMOS/PMOS传输门特性传输门特性nCMOS传输门特性传输门特性nNMOS传输门的电平恢复传输门的电平恢复