聊聊反相器的设计

聊聊反相器的设计

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qiantianyiqian/article/details/140085571

模拟电路的设计从反相器（inverter）开始。不聊理论，聊聊在实际设计中，反相器的设计。

反相器很简单，一个pmos管，一个nmos管。怎么开始设计呢？

一般是从NMOS开始。选择所设计电压域的管子。初步确定管子的width和length。length原则就是比能取的最小值大一点点。比如length最小值能取到30nm，那就取35nm的样子。这是因为保证工艺的可靠性，考虑到流片时的偏差，当取最小值30nm时,流片出来会在30nm左右波动。这就导致仿真model不准，因为最小就是30nm。不过现在很多设计，包括工艺厂提供的标准单元直接就取最小值，说明这个影响很小或者已经考虑进去了。width原则就是要保证至少有两个contact孔。这也是为了芯片yield考虑的。

PMOS尺寸一般比NMOS大，往往是length尺寸相同，width比NMOS大。不过随着工艺的进步PMOS和NMOS的这种差异越来越小。通过以上的操作，NMOS的尺寸可以确定，PMOS的length也可以确定，接下来可以通过仿真的方式确定PMOS的width。

反相器主要考虑信号传输时，上拉和下拉的平衡。输出端加上负载电容，例如10fF。仿真观察上升沿和下降沿的时间。调整PMOS尺寸，当上升和下降时间差不多，就可以确定整个反相器的尺寸。

以上是常规设计。不同需求下设计考虑不同。例如在低功耗设计时，length会取的比较大，这样漏电流比较小，但同时工作频率也会降低。

反相器在模拟电路中，有一种当作buffer的用法。

这可以看作是放大器。电容隔直，电阻为放大器提供直流偏置点。电阻将反相器偏置在如下图绿圈位置。这位置斜率最大，即增益最高。其好处是输入信号摆幅不用很大，且输入与输出可以是不同的电源域。缺点是存在静态功耗。