标题:
IC设计基础系列之CDC篇7:从CMOS到触发器(三)
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作者:
look_w
时间:
2017-11-4 13:52
标题:
IC设计基础系列之CDC篇7:从CMOS到触发器(三)
3、CMOS门电路
①
CMOS
非门:上面的一个
CMOS
单元的功能就是非门的功能了,因此
CMOS
非门也就是这个
CMOS
的单元,也称为反相器。其电路结构就是反相器的电路结构。
②(二输入)
CMOS
与非门(
NAND
):
直接上图吧,
CMOS
与非门的电路符号结构如下所示:
(
PMOS
的电路符号栅极处本来应该有个小圈圈,表示低电平有效的)
③(二输入)
CMOS
或非门
(NOR)
的电路符号和工作原理如下所示:
(
PMOS
的电路符号栅极处本来应该有个小圈圈,表示低电平有效的)
数字逻辑电路都可以由上面的三种电路化简构成,也就是说一个电路可以由
NAND
或者
NOR
电路构成,我们来看看他们的特点来推导数字
CMOS
电路的特点。
容易知道(反正我们就当做结论好了):
反相逻辑门的通用结构如下所示:
此外我们也注意到,使用到
与
功能的时候,
NMOS
网络是
串
联的;使用
或
功能时,
NMOS
网络是并联的。因此可以这么记忆:要
NOMS
都一起,才能一起(与),只要
NMOS
其中一个就可以(或),与还是或,可以根据
NMOS
的串并结构判断。
然后设计多少个输入的
NXXX
门,就把多少个
NMOS
串
/
并联起来,然后
PMOS
就是并
/
串就可以了。
4
、
CMOS
的功耗表示
功耗是单位时间内消耗的能量,在数字系统中的功耗主要包括静态功耗和动态功耗,我们将从
CMOS
电路角度聊聊静态功耗和动态功耗。
CMOS
的静态功耗:当
CMOS
不翻转
/
不工作时的功耗。在
CMOS
都不工作时,也就是晶体管都处于截止状态的时候,从
VDD
到
GND
并不是完全没有电流流过的,还是有些微电流从电源流到地,这个静态电流
Idd
称为电源和地之间的漏电流,跟器件有关(至于漏电流是怎么引起的,这里就不再阐述了)。初中的时候,我们就学过
P=UI
,因此静态功耗就可以这样表示
:
Ps = Idd*Vdd.
CMOS
的动态功耗是信号在
0
和
1
变化之间,电容充放电所消耗的功耗。我们知道,不仅仅
CMOS
器件有寄生电容,导线间也有电容。将电容
C
充电到电压
Vdd
所需要的能量
CVdd^2
。如果电容每秒变换
f
次(也就是电容的切换频率为
f
,在一秒内,电容充电
f/2
次,放电
f/2
次),由于放电不需要从电源那里获取功耗,因此动态功耗就可以这样表示:
Pd = 1/2* C*Vdd^2*f
即:
PS
:上面主要是列举了一些主要的功耗,比如动态功耗中除了翻转时电容消耗功耗外,还有在栅极信号翻转的时候
PMOS
和
NMOS
同时导通引起的短路功耗。
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