E/DMOS倒相器静态分析及详解

1、输出电压讨论

倒相器输出特性曲线上两个工作点，A点（开态）所对应的为输出低电平，B点（关态）所对应的为输出高电平。现在分别讨论输出高低电平的大小及其与器件参数的关系。

（1）输出高电平

 当倒相器截止时，输出电压接近于，这时负载管的，因此满足，负载管工作在非饱和区，其电流为：

因为：

上式改写为：

由于输入管截止，，通过负载管的也为0，所以便得到：

E/DMOS倒相器截止时，输出高电平确实等于电源电压。

（2）输出低电平

当倒相器导通时，输出低电平，但并不等于。这时负载管的，满足，负载管工作在饱和区，其电流为：

而输入管的，满足，输入管工作在非饱和区，其电流为：

因为

上式改写为：

由，可以解得：

这就是倒相器导通时，输出低电平的表达式。它与器件参数和工艺参数有关。如愈大，愈小，则愈接近于0。

从上面分析看到，倒相器的输出高电平接近电源电压，输出低电平接近于0，所以输出的电压幅值较大，电源电压得到充分利用，这是E/D MOS电路的一大优点。

2、传输特性和噪声容限

（1）传输特性曲线

 图2-35所示为E/DMOS倒相器的传输特性曲线，上面表示的各个参数，其意义与E/EMOS倒相器中的相同。

根据不同的工作状态，可以把传输特性曲线分成三个不同的区域。为了讨论清楚起见，我们先把这三个区域中负载管和输入管的工作区域作一说明。大家知道，MOS管饱和区与非饱和区的分界线为：

对于E/DMOS倒相器的负载管，由于：

代入上式，得到E/D MOS倒相器负载管饱和区与非饱和区的分界线为：

若（分界线上面），负载管工作在非饱和区，若（分界线下面），则负载管工作在饱和区。

对于输入管，饱和区与非饱和区的分界线为：

当时（分界线左上侧），输入管工作在饱和区；当时（分界线右下侧），输入管工作在非饱和区。

根据以上划分，图2-35中三个区城中倒相器两个管子的工作状态，就比较清楚了。在第I区中，负载管工作在非饱和区，输入管工作在饱和区；在第II区域，负载管和输入管都工作在饱和区；在第III区域，负载管工作在饱和区，输入管工作在非饱和区域。

现在，分别讨论三个区域中倒相器的输出电压与输入电压的函数关系。

第I区；当，输入管截止，通过输入管的电流，倒相器输出为高电平，即特性曲线的AB段。当略大于，输出电压开始下降，但仍满足和的条件，即负载管工作在非饱和区，输入管工作在饱和区。两管的电流式分别为：

由，可得到方程：

解此方程，可得：

当大于不多时，满足：

，则可利用级数展开近似式，将（2-52）式简化成：

可见，随着增大，输入管的沟道增原，沟道电阻减小，所以，很快下降，即为特性的段。

第II区，进一步增加，使输入管和负载管都工作在饱和区，其电流分别为：

由方程解得：

这是一条与纵轴平行的直线，即为特性曲线的段。

就是从倒相器捷止的导通过聚的输入电压，这个电压依赖于，和如器件几何尺寸一定，则主要依赖于工艺参数。

第Ⅲ区输入管处于非饱和区，负载管处于饱和区，其电流分别为：

由，得到方程：

解此方程，得：

当时，根式可用级数展开，近似化简为：

从（2-56）式可以看到，随着输入电压的升高，输出电压缓慢下降，直至趋近于零；而且愈小，下降愈快，这就是特性曲线的DE段。

从上面的讨论看到，E/DMOS倒相器的传输性与器件的参数和工艺参数有密切的关系。

图2-36（a）表示不同对传输特性的影响，从图中看到，取可得到良好的传输特性。

图2-36（b）表示不同对传输性的影响，从图中看到，传输特性的影响特别显著，愈大，传输特性愈差，输出低电平愈高。

此外，负载管的与增强型负载管的阀值电压一样，要受到源极调制作用的影响，因此，在设计中，是需要认真考虑的一个重要因素。

（2）噪声容限

 要求得噪声容限，必须先求得关门电平与开门电平的表达式。从图，2-35中看到，为规定的最小输出高电平，它对应的输入电压就是关门电平。用和分别代替（2-53）式中的和就可求得关门电平：

同样，可以看到，为规定的最大输出低电平，它对应的输入电压就是开门电平，将和分别代替（2-56）式中的和，就得到开门电平：

于是，根据定义可写出输入低电平噪声容限为：

输出高电平噪声容限为：

下面举个例子，使大家对噪容的大小有个数量的概念。

若有某个E/D MOS倒相器，其，规定。试求其噪声容限。

由（2-57）式算得：

由（2-58）式算得：

所以：

可见，噪声容限可以达到电源电压的35%以上。直流噪声容限大，抗干扰能力强，这是E/DMOS倒相器的又一特点。

还要强调指出，E/DMOS直流特性强烈地依赖于负载管的夹断电压，例如输出低电平的大小，抗干扰性能的优劣，无不与有直接关系，因此，成为设计中的一个重要因素。为了保证输出低电平的要求，并能减小晶片面积，可以不用增大输入管的宽长比W/L，而采用减小的方法来达到。

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