靜態(tài)內(nèi)部倒相器的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數(shù):802
與倒相器設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)大致有三類:
第i類叫作“選定參數(shù)”,是指那些在一定條件下,不可能大幅度調(diào)整而需預(yù)先確定的參數(shù)。例如:μ,tox,λ,ron,xj,l,vdd,vgg,vbs,js等。
第ⅱ類叫作“可控參數(shù)”,是指那些可在一定范圍內(nèi)加以控制的參數(shù)。例如:nb,γ,vt等。
第ⅲ類叫作“電路參數(shù)”,是指那些由用戶提出的、標(biāo)志電路性能要求的參數(shù).例如:高低電平、直流傳輸特性、噪聲容限、負(fù)載能力、上升和下降時(shí)間、功率耗散和占用管芯面積等。
倒相器的設(shè)計(jì),通常是先確定“選定參數(shù)”和“可控參數(shù)”,然后再從某些電路參數(shù)的要求出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果若不能全面滿是原來提的要求,再進(jìn)行修改直至全面滿足要求為止。設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是獲得可控參數(shù)數(shù)值和倒相器中管子的尺寸。
倒相器的設(shè)計(jì),通常是先確定“選定參數(shù)”和“可控參數(shù)”,然后再從某些電路參數(shù)的要求出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果若不能全面滿是原來提的要求,再進(jìn)行修改直至全面滿足要求為止。設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是獲得可控參數(shù)數(shù)值和倒相器中管子的尺寸。在一定的工藝條件下,倒相器的設(shè)計(jì),關(guān)鍵是對晶體管的尺寸(w/l)的設(shè)計(jì),并由確定的溝道長度l,獲得溝道寬度的具體數(shù)值?梢詰(yīng)用上升時(shí)間tr(19)與下降時(shí)間tf(20)公式計(jì)算器件的寬長比(w/l)。當(dāng)輸出信號的幅度變化只能從 0.1vdd~0.9vdd時(shí),則輸出信號的周期就為上升與下降時(shí)間之和,且信號成為鋸齒波,這時(shí)所對應(yīng)的信號頻率被認(rèn)為是倒相器的最高工作頻率。
在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,通常要預(yù)留一定的設(shè)計(jì)余量,當(dāng)確定了信號的最高工作頻率要求后,在考慮了余量后就可以獲得上升時(shí)間與下降時(shí)間的數(shù)值,根據(jù)工藝提供的器件的閾值電壓數(shù)值、柵氧化層厚度等參數(shù),即可以計(jì)算倒相器的nmos和pmos晶體管的具體尺寸。
通常在設(shè)計(jì)倒相器時(shí),要求輸出波形對稱,也就是tr=tf,因?yàn)槭窃谕还に嚄l件下加工,nmos和pmos的柵氧化層的厚度相同,如果nmos和pmos的閾值電壓數(shù)值相等,則kp=kn。由導(dǎo)電因子的表達(dá)式可以得到如下結(jié)論:此時(shí)的 。
由此可以得到一個(gè)在這種條件下的簡便計(jì)算方法:只要計(jì)算tf, 并由此計(jì)算得到nmos管的寬長比(w/l)n,將此值乘2.5就是pmos管的
(w/l)p,反之也行。
[例題]設(shè)計(jì)一個(gè)倒相器,要求tr=tf=25ns,vtn=1v,vtp=-1v,vdd=5v,柵氧化層厚度為50nm, 負(fù)載電容cl=2pf,試計(jì)算nmos管和pmos管的寬長比(電子遷移率取μn=600cm2/v·s)。
解 由所給參數(shù),得到αn=0.2,根據(jù)ε0和εsio2的數(shù)值以及柵氧化層的厚度,可以計(jì)算得到單位面積柵電容cox=6.9×10-8f/cm2,本征導(dǎo)電因子k’n=2.07×10-5a/v2,將的αn值代入式(4-20),得
最后得到(w/l)n=1.43,近似取值2。將nmos的寬長比乘2.5,得 (w/l)p=2.5(w/l)n=5
與倒相器設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)大致有三類:
第i類叫作“選定參數(shù)”,是指那些在一定條件下,不可能大幅度調(diào)整而需預(yù)先確定的參數(shù)。例如:μ,tox,λ,ron,xj,l,vdd,vgg,vbs,js等。
第ⅱ類叫作“可控參數(shù)”,是指那些可在一定范圍內(nèi)加以控制的參數(shù)。例如:nb,γ,vt等。
第ⅲ類叫作“電路參數(shù)”,是指那些由用戶提出的、標(biāo)志電路性能要求的參數(shù).例如:高低電平、直流傳輸特性、噪聲容限、負(fù)載能力、上升和下降時(shí)間、功率耗散和占用管芯面積等。
倒相器的設(shè)計(jì),通常是先確定“選定參數(shù)”和“可控參數(shù)”,然后再從某些電路參數(shù)的要求出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果若不能全面滿是原來提的要求,再進(jìn)行修改直至全面滿足要求為止。設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是獲得可控參數(shù)數(shù)值和倒相器中管子的尺寸。
倒相器的設(shè)計(jì),通常是先確定“選定參數(shù)”和“可控參數(shù)”,然后再從某些電路參數(shù)的要求出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果若不能全面滿是原來提的要求,再進(jìn)行修改直至全面滿足要求為止。設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是獲得可控參數(shù)數(shù)值和倒相器中管子的尺寸。在一定的工藝條件下,倒相器的設(shè)計(jì),關(guān)鍵是對晶體管的尺寸(w/l)的設(shè)計(jì),并由確定的溝道長度l,獲得溝道寬度的具體數(shù)值?梢詰(yīng)用上升時(shí)間tr(19)與下降時(shí)間tf(20)公式計(jì)算器件的寬長比(w/l)。當(dāng)輸出信號的幅度變化只能從 0.1vdd~0.9vdd時(shí),則輸出信號的周期就為上升與下降時(shí)間之和,且信號成為鋸齒波,這時(shí)所對應(yīng)的信號頻率被認(rèn)為是倒相器的最高工作頻率。
在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,通常要預(yù)留一定的設(shè)計(jì)余量,當(dāng)確定了信號的最高工作頻率要求后,在考慮了余量后就可以獲得上升時(shí)間與下降時(shí)間的數(shù)值,根據(jù)工藝提供的器件的閾值電壓數(shù)值、柵氧化層厚度等參數(shù),即可以計(jì)算倒相器的nmos和pmos晶體管的具體尺寸。
通常在設(shè)計(jì)倒相器時(shí),要求輸出波形對稱,也就是tr=tf,因?yàn)槭窃谕还に嚄l件下加工,nmos和pmos的柵氧化層的厚度相同,如果nmos和pmos的閾值電壓數(shù)值相等,則kp=kn。由導(dǎo)電因子的表達(dá)式可以得到如下結(jié)論:此時(shí)的 。
由此可以得到一個(gè)在這種條件下的簡便計(jì)算方法:只要計(jì)算tf, 并由此計(jì)算得到nmos管的寬長比(w/l)n,將此值乘2.5就是pmos管的
(w/l)p,反之也行。
[例題]設(shè)計(jì)一個(gè)倒相器,要求tr=tf=25ns,vtn=1v,vtp=-1v,vdd=5v,柵氧化層厚度為50nm, 負(fù)載電容cl=2pf,試計(jì)算nmos管和pmos管的寬長比(電子遷移率取μn=600cm2/v·s)。
解 由所給參數(shù),得到αn=0.2,根據(jù)ε0和εsio2的數(shù)值以及柵氧化層的厚度,可以計(jì)算得到單位面積柵電容cox=6.9×10-8f/cm2,本征導(dǎo)電因子k’n=2.07×10-5a/v2,將的αn值代入式(4-20),得
最后得到(w/l)n=1.43,近似取值2。將nmos的寬長比乘2.5,得 (w/l)p=2.5(w/l)n=5
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