为啥又看反相器呢,因为想做pll,锁相环里有pd,pd里面有锁存器,锁存器里有nand,而nand里又是基于反相器。所以喽。
反相器,是数字电路中的基本器件。
上图是理想的反相器。
当vin=0时,vout=vdd;
当vin=vdd时,vout=0;
vout在vdd和0之间跳变。
但实际中,不可能实现跳变,即vin在v1附件一个非常微小的变化,使得vout从vdd变为0,则表示电路的电压增益在此时是无限大的;但实际上,电路增益一直是个有限的值,所以实际电路中,vout只会从vdd渐变至低,至于低电平是多少电压,则取决于设计。
可以看到,输出的低电压与w/l和rd相关,因为分母中的式子不可能为无穷大,所以输出的低电平只能接近于0,但是到不了0。
虽然用共源电路可以实现反相器的基本性能,但是它确不常用,为什么呢?
因为它具有三个致命的缺陷:
(1) rd的值,必须远大于晶体管所呈现出来的电阻ron. 因为当想要输出低电平时,vout=ron*vdd/(rd+ron),所以为了使得低电平足够低,则要求rd>>ron
(2) 因为rd的存在,使得反相器的速度和功耗不能兼得。如下图,可以看到,当想提高速度时,则需要降低rd,但是此时功耗又上升。
(3) 如果反相器输出为低电平时,反相器的功耗为 vdd*vdd/rd
这三点中,最要命的是第三点。
在大型数字电路中,有一个静态功耗,就是指电路不动作时的功耗,而nmos反相器(共源电路实现的反相器)的静态功耗为vdd*vdd/rd。
比如说,一个大型数字芯片,有1百万个门电路,其中有一般是处于低电平输出状态,假设vdd=1.8v,rd=10kohm,则静态功耗高达 162w,这个显然不能接受。
而这三点缺点,则主要是与上拉电阻rd有关。
所以,如果能找到这样一个器件,当m1关断时,该器件将输出与vdd相连,最好该器件的电阻很低;而当m1打开时,该器件关断,这样就没有电流从vdd流向地。即如下图所示。
那什么器件能担当此重任呢?
那就是pmos。
把pmos和cmos合体,形成的反相器,称之为cmos反相器。
cmos反相器的输出低电平基本为0,因为当vin=vdd时,m2关断。而nmos的低电平永远都不可能为0。
cmos在高电平输出和低电平输出的状态下,静态功耗都为0,;而nmos在低电平输出状态下,有静态功耗。
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