Verilog HDL 訓練 第 02 天

2021-09-19 13:36:33 字數 2271 閱讀 6524

1. 畫一下電路圖:cmos反相器、與非門、或非門、三態輸出門、漏極開路門。

cmos反相器電路由兩個增強型mos場效電晶體組成。

上方為p溝道增強型mos管,下方為n溝道增強型mos管。

cmos反相器電路由兩個增強型mos場效電晶體組成,其中tn為nmos管,稱驅動管,tp為pmos管,稱負載管。 nmos管的柵源開啟電壓utn為正值,pmos管的柵源開啟電壓是負值,其數值範圍在2~5v之間。

所以,當輸入vi為低電平時,tp導通,tn截止,輸出vo為高電平vdd;當輸入vi為高電平時,tn導通,tp截止,輸出vo為低電平0。

參考:反相器

2. 解釋一下vih,vil,vol,voh,vt,iddq

vih:輸入電壓由高到低變化時,輸出電壓開始上公升且傳輸特性曲線斜率為-1的點,即圖中b點對應的輸入電壓。(仍能維持輸出為邏輯「1」的最大輸出電壓)

vil:輸入電壓由低到高變化時,輸出電壓開始下降且傳輸特性曲線斜率為-1的點,即圖中a點對應的輸入電壓。(仍能維持輸出為邏輯「0」的最小輸出電壓)

voh:定義為最小合格高電平。(維持輸出為邏輯「1」的最大輸出電壓)

vol:定義為最大合格低電平。(維持輸出為邏輯「0」的最大輸出電壓)

cmos積體電路內部規定vol = 0v,voh = vdd。

vt:mos管的閾值電壓

如果輸入電平是(vil+vih)/2,會有什麼問題

輸入電壓(vil+vih)/2接近於0.5vdd,cmos反相器的閾值電壓也接近於0.5vdd,這樣輸出不確定會是高電平還是低電平,輸出呈亞穩態!

參考:3. cmos反相器的速度與哪些因素有關?什麼是轉換時間(transition time)和傳播延遲(propagation delay)?

影響cmos電路工作速度的主要因素在於電路的外部,即負載電容cl。cl是主要影響器件工作速度的原因。由cl所決定的影響cmos門的傳輸延時約為幾十納秒。

參考:cmos與ttl電路的詳細對比區別

propagation delay(傳播延時):在輸入訊號變化到50%vdd到輸出訊號變化到50%vdd之間的時間。

參考:4. cmos反相器的功耗主要包括哪幾部分?分別與哪些因素相關?

cmos反相器的全部功耗為動態功耗pd和靜態功耗ps之和。

動態功耗由兩部分組成,一部分是對負載電容充、放電所消耗的功率pc,另一部分是由於兩個mos管在短時間內同時導通所消耗的瞬時導通功耗pt。

5. 什麼是latch-up(閂鎖效應)?

閂鎖效應是cmos工藝所特有的寄生效應,嚴重會導致電路的失效,甚至燒毀晶元。閂鎖效應是由nmos的有源區、p襯底、n阱、pmos的有源區構成的n-p-n-p結構產生的,當其中乙個三極體正偏時,就會構成正反饋形成閂鎖。避免閂鎖的方法就是要減小襯底和n阱的寄生電阻,使寄生的三極體不會處於正偏狀態。 靜電是一種看不見的破壞力,會對電子元器件產生影響。esd 和相關的電壓瞬變都會引起閂鎖效應(latch-up),是半導體器件失效的主要原因之一。如果有乙個強電場施加在器件結構中的氧化物薄膜上,則該氧化物薄膜就會因介質擊穿而損壞。很細的金屬化跡線會由於大電流而損壞,並會由於浪湧電流造成的過熱而形成開路。這就是所謂的「閂鎖效應」。在閂鎖情況下,器件在電源與地之間形成短路,造成大電流、eos(電過載)和器件損壞。

6. 相同面積的cmos與非門和或非門哪個更快?

電子遷移率是空穴的2.5倍(在矽基cmos工藝中),運算就是用這些大大小小的mos管驅動後一級的負載電容,翻轉速度和負載大小一級前級驅動能力相關。為了上公升延遲和下降延遲相同,pmos需要做成nmos兩倍多大小。

載流子的遷移率,對pmos而言,載流子是空穴;對nmos而言,載流子是電子。

pmos採用空穴導電,nmos採用電子導電,由於pmos的載流子的遷移率比nmos的遷移率小,所以,同樣尺寸條件下,pmos的充電時間要大於nmos的充電時間長,在互補cmos電路中,與非門是pmos管併聯,nmos管串聯,而或非門正好相反,所以,同樣尺寸條件下,與非門的速度快,所以,在互補cmos電路中,優先選擇與非門。

參考:

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