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CMOS的一个优点是它的效率。CMOS逻辑只有在改变状态时才需要电流——简单地保持逻辑高或逻辑低电压的CMOS电路消耗的功率非常小。一般来说,低 正如计算机CPU爱好者提醒我们的那样,充分去除集成电路中的热量可能很困难。如果没有CMOS反相器和其他类似的CMOS电路,这将更加困难。在这篇由三部分组成的系列文章中,我们将回顾CMOS反相器的关键特性,并讨论其两种主要的功耗类型:动态和静态。在接下来的两篇文章中,我们将更深入地研究动态功耗。 CMOS反相器由连接在一起的NMOS晶体管和PMOS晶体管组成。图1显示了基本CMOS反相器的示意图。 当输入端被驱动到逻辑高电压时,上PMOS晶体管阻断电流,下NMOS晶体管传导电流。因此,输出端子通过低电阻路径连接到0V。 当输入端子被驱动到逻辑低电压时,PMOS导通并且NMOS截止。输出通过低电阻路径连接到VDD。 尽管CMOS反相器在稳定状态下不需要电流,但在其逻辑转换过程中会消耗功率。这种动态功率损耗有两种类型: 当输入逻辑转换发生时,为了对电路中的电容进行充电或放电,必须流过瞬态电流。在从低到高的输出转换期间,当输出电压增加到VDD时,电流流动以对负载电容充电。图2显示了这股电流所经过的路径。 CL×VDD2计算一个开关周期所需的能量。为了将这个结果从能量转换为功率,我们将其乘以每秒循环次数(f),得到上面的方程。 另一种类型的动态功耗是由短路电流引起的。也称为击穿电流,这是逆变器逻辑电平转换期间发生的瞬态情况。 当CMOS反相器稳定在逻辑状态时,其两个晶体管中的一个处于非导通模式。因此,电流不容易从VDD流到地。然而,当反相器改变状态时,会有一个短暂的交叉期,在此期间NMOS和PMOS都具有一定程度的导电性。当电流流过产生的短路时,能量会损失(图4)。 在这篇文章中,我避免说“CMOS反相器中绝对不会发生稳态功耗”之类的话。事实上,场效应晶体管并不是理想的开关。即使在关断状态下,漏电流也可以从漏极流到源极,以及从漏极或源极流到衬底。 动态功耗过去远高于静态功耗。如今,静态功率可能非常重要。随着CMOS特征尺寸的减小,其对总功耗的贡献接近动态功率。 CMOS反相器既可用作独立的逻辑运算,也可用作高阶逻辑运算的组件。CMOS反相器也用于在具有低驱动能力的数字电路的输出处创建缓冲器。反相器提供模拟放大以减少信号的上升和下降时间。它们还可以将信号恢复到完全逻辑电平。 在这篇文章中,我们简要地讨论了CMOS反相器的操作,并检查了这个基本逻辑电路的动态和静态功耗。在本系列的下两篇文章中,我们将使用LTspice模拟来更详细地探讨动态功耗的主题。 江南官方体育app 上一篇:华为P70模组供应商扩容CMOS 下一篇:为什么芯片cmos工艺都采用p型 |