E/DMOS倒相器靜態(tài)分析及詳解

1、輸出電壓討論

倒相器輸出特性曲線上兩個(gè)工作點(diǎn)，A點(diǎn)（開態(tài)）所對應(yīng)的為輸出低電平，B點(diǎn)（關(guān)態(tài)）所對應(yīng)的為輸出高電平?，F(xiàn)在分別討論輸出高低電平的大小及其與器件參數(shù)的關(guān)系。

（1）輸出高電平

 當(dāng)?shù)瓜嗥鹘刂箷r(shí)，輸出電壓接近于，這時(shí)負(fù)載管的，因此滿足，負(fù)載管工作在非飽和區(qū)，其電流為：

因?yàn)椋?img src="/userfiles/images/2020/11/03/2020110310436426.png" title="image.png" alt="image.png"/>

上式改寫為：

由于輸入管截止，，通過負(fù)載管的也為0，所以便得到：

E/DMOS倒相器截止時(shí)，輸出高電平確實(shí)等于電源電壓。

（2）輸出低電平

當(dāng)?shù)瓜嗥鲗?dǎo)通時(shí)，輸出低電平，但并不等于。這時(shí)負(fù)載管的，滿足，負(fù)載管工作在飽和區(qū)，其電流為：

而輸入管的，滿足，輸入管工作在非飽和區(qū)，其電流為：

因?yàn)?img src="/userfiles/images/2020/11/03/2020110310477356.png" title="image.png" alt="image.png"/>

上式改寫為：

由，可以解得：

這就是倒相器導(dǎo)通時(shí)，輸出低電平的表達(dá)式。它與器件參數(shù)和工藝參數(shù)有關(guān)。如愈大，愈小，則愈接近于0。

從上面分析看到，倒相器的輸出高電平接近電源電壓，輸出低電平接近于0，所以輸出的電壓幅值較大，電源電壓得到充分利用，這是E/D MOS電路的一大優(yōu)點(diǎn)。

2、傳輸特性和噪聲容限

（1）傳輸特性曲線

 圖2-35所示為E/DMOS倒相器的傳輸特性曲線，上面表示的各個(gè)參數(shù)，其意義與E/EMOS倒相器中的相同。

根據(jù)不同的工作狀態(tài)，可以把傳輸特性曲線分成三個(gè)不同的區(qū)域。為了討論清楚起見，我們先把這三個(gè)區(qū)域中負(fù)載管和輸入管的工作區(qū)域作一說明。大家知道，MOS管飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分界線為：

對于E/DMOS倒相器的負(fù)載管，由于：

代入上式，得到E/D MOS倒相器負(fù)載管飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分界線為：

若（分界線上面），負(fù)載管工作在非飽和區(qū)，若（分界線下面），則負(fù)載管工作在飽和區(qū)。

對于輸入管，飽和區(qū)與非飽和區(qū)的分界線為：

當(dāng)時(shí)（分界線左上側(cè)），輸入管工作在飽和區(qū)；當(dāng)時(shí)（分界線右下側(cè)），輸入管工作在非飽和區(qū)。

根據(jù)以上劃分，圖2-35中三個(gè)區(qū)城中倒相器兩個(gè)管子的工作狀態(tài)，就比較清楚了。在第I區(qū)中，負(fù)載管工作在非飽和區(qū)，輸入管工作在飽和區(qū)；在第II區(qū)域，負(fù)載管和輸入管都工作在飽和區(qū)；在第III區(qū)域，負(fù)載管工作在飽和區(qū)，輸入管工作在非飽和區(qū)域。

現(xiàn)在，分別討論三個(gè)區(qū)域中倒相器的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。

第I區(qū)；當(dāng)，輸入管截止，通過輸入管的電流，倒相器輸出為高電平，即特性曲線的AB段。當(dāng)略大于，輸出電壓開始下降，但仍滿足和的條件，即負(fù)載管工作在非飽和區(qū)，輸入管工作在飽和區(qū)。兩管的電流式分別為：

由，可得到方程：

解此方程，可得：

當(dāng)大于不多時(shí)，滿足：

，則可利用級數(shù)展開近似式，將（2-52）式簡化成：

可見，隨著增大，輸入管的溝道增原，溝道電阻減小，所以，很快下降，即為特性的段。

第II區(qū)，進(jìn)一步增加，使輸入管和負(fù)載管都工作在飽和區(qū)，其電流分別為：

由方程解得：

這是一條與縱軸平行的直線，即為特性曲線的段。

就是從倒相器捷止的導(dǎo)通過聚的輸入電壓，這個(gè)電壓依賴于，和如器件幾何尺寸一定，則主要依賴于工藝參數(shù)。

第Ⅲ區(qū)輸入管處于非飽和區(qū)，負(fù)載管處于飽和區(qū)，其電流分別為：

由，得到方程：

解此方程，得：

當(dāng)時(shí)，根式可用級數(shù)展開，近似化簡為：

從（2-56）式可以看到，隨著輸入電壓的升高，輸出電壓緩慢下降，直至趨近于零；而且愈小，下降愈快，這就是特性曲線的DE段。

從上面的討論看到，E/DMOS倒相器的傳輸性與器件的參數(shù)和工藝參數(shù)有密切的關(guān)系。

圖2-36（a）表示不同對傳輸特性的影響，從圖中看到，取可得到良好的傳輸特性。

圖2-36（b）表示不同對傳輸性的影響，從圖中看到，傳輸特性的影響特別顯著，愈大，傳輸特性愈差，輸出低電平愈高。

此外，負(fù)載管的與增強(qiáng)型負(fù)載管的閥值電壓一樣，要受到源極調(diào)制作用的影響，因此，在設(shè)計(jì)中，是需要認(rèn)真考慮的一個(gè)重要因素。

（2）噪聲容限

 要求得噪聲容限，必須先求得關(guān)門電平與開門電平的表達(dá)式。從圖，2-35中看到，為規(guī)定的最小輸出高電平，它對應(yīng)的輸入電壓就是關(guān)門電平。用和分別代替（2-53）式中的和就可求得關(guān)門電平：

同樣，可以看到，為規(guī)定的最大輸出低電平，它對應(yīng)的輸入電壓就是開門電平，將和分別代替（2-56）式中的和，就得到開門電平：

于是，根據(jù)定義可寫出輸入低電平噪聲容限為：

輸出高電平噪聲容限為：

下面舉個(gè)例子，使大家對噪容的大小有個(gè)數(shù)量的概念。

若有某個(gè)E/D MOS倒相器，其，規(guī)定。試求其噪聲容限。

由（2-57）式算得：

由（2-58）式算得：

所以：

可見，噪聲容限可以達(dá)到電源電壓的35%以上。直流噪聲容限大，抗干擾能力強(qiáng)，這是E/DMOS倒相器的又一特點(diǎn)。

還要強(qiáng)調(diào)指出，E/DMOS直流特性強(qiáng)烈地依賴于負(fù)載管的夾斷電壓，例如輸出低電平的大小，抗干擾性能的優(yōu)劣，無不與有直接關(guān)系，因此，成為設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素。為了保證輸出低電平的要求，并能減小晶片面積，可以不用增大輸入管的寬長比W/L，而采用減小的方法來達(dá)到。

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