实验二 MOS反相器电压传输特性.docx
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实验二主要探讨了MOS反相器的电压传输特性,涉及了电阻型MOS反相器、增强/增强型(EE)MOS反相器以及CMOS反相器三种基本类型的MOS反相器。MOS反相器是集成电路设计中的基本单元,用于逻辑信号的转换。 对于电阻型MOS反相器,其电路结构主要包括NMOS和PMOS晶体管以及一个电阻R。在本实验中,NMOS管的长度L设定为0.18微米,宽度W为1微米,电阻R的初始值为5kΩ。通过电路仿真,可以获得V-IN与V-OUT之间的关系曲线,即电压传输特性曲线。当改变电阻R的值,例如调整为10kΩ和20kΩ时,可以观察到V-OUT的变化,这反映了输入阻抗和输出阻抗对电路性能的影响。目标是通过调整电阻R的值,使V-OUT下降到20mV以下。 增强/增强型MOS反相器(EE MOS)采用了两个具有相同参数的MOS管作为驱动管和负载管。实验中,驱动管和负载管的长度L均为0.18微米,宽度W为1微米。通过改变负载管的宽长比(如2倍和0.5倍),可以研究负载管的尺寸如何影响电压传输特性曲线,特别是阈值损失(VDD-VTH)。阈值损失是指在理想情况下,输出电压不能达到电源电压的全部范围,因为它受限于MOS管的阈值电压。 CMOS反相器由一个NMOS和一个PMOS管组成,它们的衬底连接方式需特别注意。实验中,NMOS和PMOS的初始参数相同,均为L=0.18微米,W=1微米。通过改变PMOS管的宽长比(如2倍和4倍),可以观察到V-OUT如何随PMOS管尺寸变化,目标是找到合适的宽长比,使得V-OUT在V-IN=0.9V时能稳定工作。 在所有实验中,"plotting mode"设置为"Append"允许在同一图形窗口中绘制多条曲线,便于比较不同参数下的电压传输特性。噪声容限是衡量电路抗干扰能力的一个重要指标,可以通过计算VHIHILNM和VMIHILNM来估算,它们分别代表高电平噪声容限和低电平噪声容限。具体计算方法是VHI=VDD-(VDD-VTH),VMI=(VDD-VTH)-VOL,其中VDD是电源电压,VTH是阈值电压,VOL是输出低电平。 这个实验深入研究了MOS反相器的工作原理和性能,通过调整电路参数,理解了如何优化电压传输特性,提高电路的噪声容限,这对于微电子学和集成电路设计的学习至关重要。
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