E/EMOS倒相器工作原理及倒相器性能的影响

E/EMOS倒相器工作原理

一、工作原理

在E/EMOS倒相器电路中，负载管通常有两种偏置状态。一种是栅漏共接电源VDD，称为饱和型MOS负载；另一种是栅单接电源，称为非饱和MOS负载。这两种负载M0S晶体管的连接方法，示于图2-5中。下面分别讨论这两种倒相器的工作原理。

E/EMOS倒相器工作

1、饱和MOS负载倒相器

（1）负载管的I-V特性

在图2-5（a）中的TL是栅漏共接的MOS负载器件，它和上面讲的纯电阻负载不同，是一个随着源极电压不同而变化的可变电阻。由于VDD= E/EMOS倒相器工作，VDS，所以满足。因此，它总是工作在饱和区。另外，我们可以看到，负载管的源电压Vs是变化的，因此会使栅偏压VGS也跟着变化，从而沟道电阻也跟着变化，这就是栅偏压VGS受源极电压VS的调制作用。图2-6（a）所示为 E/EMOS倒相器工作对沟道调制的截面示意图。

当负载MOS品体管的源电压增加时，引起栅源电压VGS变小，使得沟道变薄，沟道电阻增大，从而电流Ios也逐渐变小。图2-6（b）是共栅漏MOS负载的I-V特性曲线。可以看到，Vs=0时，VDD最大，所以Im也最大，当Vs增大时，VGS变小，Ios逐渐减小；当a增加到等于VDD-VT，这时VGS-VT，负载管处于微导通状态，因此IDS≈0。

从共都漏负我管的I-V特性曲线上看到，它的I-V特性是一条曲线，表明负载管是一个可变电阻，当Vs由0V变到VDD-VT时，其阻值越来越大。

（2）倒相器工作点

饱和负载MOS倒相器的倒相原理，与上述电阻负载倒相器的原理是相同的。当输入“1”电平时（），输入MOS管导通。其实这时的负载管也是导通的，但由子输入管”，的导通电阻设计得比负载管的通导电阻小得很多，电源电压VDD绝大部分降落在负载管TL上，所以输出电压为“0”电平。

当输入为“0”电平时，输入MOS管完全截止，其截止电阻很大，电源电压大部分降落在上，所以输出为“1”电平。这时负载管上，处于微导通状态。输入管截止和导通两个状态的两根输出特性曲线在图2-8中表示出来。如把负载管的I-V符性曲线（即为负载线）与输入管的两条输出特性曲线迭加起来，得到倒相器的输出特性曲线和两个工作点A和B，其中A为开态工作点，表示倒相器导通状态，输出“0”电平；B为关态工作点，表示倒相器截止状态，输出“1”电平。

E/EMOS倒相器工作

综上所述，饱和M0S倒相器，只用一个电源，结构比较简单，使用比较方便。但由于输出最大电压只能达到VDD-VTL，比电源电压低一个圈值电压的数值，而且VS不直接接地，出于背面栅效应，VT的数值要增大，降低了输出电压幅度。如果要求输出较高的高电平。就得提高电源电压，产生不必要的电源损失；而且，由于负载管工作在饱和区，当输出接近高电平值时，负载教管临近截止状态，电阻变得很大，对电路速度不利，这在下面还要分析。