《集成电路原理与设计》课件6.1输入输出缓冲器.ppt

上传人（卖家）：momomo

文档编号：5564008

上传时间：2023-04-24

格式：PPT

页数：24

大小：617KB

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关键词：: 集成电路原理与设计集成电路原理设计课件 6.1 输入输出缓冲器

资源描述：: 1、1第六章第六章 CMOS I/O设计设计输入缓冲器和输出缓冲器输入输出缓冲器n联系芯片内部电路和封装管脚联系芯片内部电路和封装管脚/PCB的功能电路的功能电路n输入缓冲器：将来自输入缓冲器：将来自PCB板的外部信号，通过板的外部信号，通过封装管脚封装管脚-钝化层开孔（压焊点）钝化层开孔（压焊点）/金属，缓金属，缓冲器，输入给芯片内部电路（反相器输入端）冲器，输入给芯片内部电路（反相器输入端）n输出缓冲器：将芯片内部的输出信号（反相器输出缓冲器：将芯片内部的输出信号（反相器的输出端），经过钝化层开孔的输出端），经过钝化层开孔/金属金属-封装管封装管脚，输出到脚，输出到PCB板上的其他电路板上的其
2、他电路n输入输入/输出缓冲器：二者功能的结合输出缓冲器：二者功能的结合23CMOSCMOS集成电路的集成电路的I/OI/O设计设计n 输入缓冲器 n 输出缓冲器 nESD保护电路n三态输出的双向I/O缓冲器4输入缓冲器输入缓冲器n两方面作用 n电平转换接口 n过滤外部信号噪声5输入缓冲器输入缓冲器:电平转换电平转换n将来自其它芯片的TTL电平，正确识别并输入CMOS芯片n电平兼容nTTL电路逻辑摆幅小nCMOS电路摆幅（VDD=5V）IHmin=2.0VVILmax0.8VV输入缓冲器输入缓冲器:电平转换电平转换n逻辑阈值设计n求算导电因子比例IHminILmaxit1.4V2VVVDDTNT
3、P5V,0.8VVVV Nrp21.7KKKNMOS管占用大量芯片面积；输入为VIHmin时有静态功耗TNrDDTPinrTNrDDTPrTNDDTPit rr1111=111VKVVVKVKVVK VVVVKKIHmin=2.0VVILmax0.8VVVDDVVinoutt7输入缓冲器：电平转换输入缓冲器：电平转换n改进电路增加二极管，使反相器上的有效电源电压降低PMOS加衬底偏压，增大其阈值电压的绝对值增加反馈管MP2，改善输出高电平 TNrDDTPinrTNrDDTPrTNDDTPit rr1111=111VKVVVKVKVVK VVVVKKNMOS管占用大量芯片面积输入为VIHmi
4、n时有静态功耗8输入缓冲器：抑制输入噪声输入缓冲器：抑制输入噪声n用CMOS史密特触发器做输入缓冲器 9输入缓冲器输入缓冲器nVin=0，Mn1,Mn2截止，Mp1,Mp2导通；Vx为（Vdd-Vtn）；Vout输出高电平n当Vin=Vtn，Mn1导通，Mn2截止；Vx为Mn3和Mn1分压值；Vout输出高电平nVin=Vtn+Vx=V+，Mn2才导通，Vout下降；Mn3逐渐截止n这样电路走完靠右的一条VTC10输入缓冲器输入缓冲器nVin=Vtn，Mn1导通，Mn2截止；Vx为Mn3和Mn1分压值；Vout输出高电平nVin=Vtn+Vx=V+n计算Vx：Mn1和Mn3都处于饱和区，列出直
5、流电流相等公式，利用上式，求出V+DDrTNr1VK VVK11史密特触发器：输入缓冲器史密特触发器：输入缓冲器n转换电平n噪声容限n回滞电压HH,2VVVVVDDrTNr1VK VVKrDDTPr1KVVVKNHMDDNLM,VVVVV12史密特触发器做输史密特触发器做输入缓冲器入缓冲器n利用回滞电压特性抑制输入噪声干扰 13Noise Suppression using Schmitt TriggerVint0VMVMtVoutt0+tpt14CMOSCMOS集成电路的集成电路的I/OI/O设计设计n6.1 输入缓冲器 n6.2 输出缓冲器 n6.3 ESD保护电路n6.4 三态输出的双向
6、I/O缓冲器15输出缓冲器输出缓冲器n在驱动很大的负载电容时，需要设计合理的输出缓冲器n提供所驱动负载需要的电流n使缓冲器的总延迟时间最小 n一般用多级反相器构成的反相器链做输出缓冲器 16输出缓冲器输出缓冲器n驱动不同负载电容时，输入/输出电压波形及充放电电流n使反相器链逐级增大相同的比例，则每级反相器有近似相同的延迟，有利于提高速度17输出缓冲器输出缓冲器n逐级增大S倍的反相器链 1in22inLin,.NCSCCS CCS Cpp01/inp0L/NtNStN CCt1/inL/NSCC0pt为反相器驱动一个相同反相器负载的延迟时间0S是：每级反相器的延迟时间pt18输出缓冲器：反相器
7、链输出缓冲器：反相器链n使tp最小的N与S的最优值n得到驱动大电容优化结果：根据CL和Cin，求出最优反相器链级数N，每级尺寸增大S倍n一般情况下，每级尺寸增大2.72倍速度相对优化n如果满足速度要求，可以减少N，适当增大S，以减少面积和功耗n如果对最终输出级的上升、下降时间有要求，根据时间要求和负载大小，设计出最终输出级反相器的尺寸，再设计前几级电路inLln(/)NCC1/inL(/)e2.72NSCC19输出缓冲器输出缓冲器无缓冲器无缓冲器（单级反相（单级反相器驱动）器驱动）有缓冲器有缓冲器缓冲器级数缓冲器级数 10 106.3210010012.551000100018.871000
8、01000025.09Lin/CCpp0/ttpp0/ttinLln(/)NCC1/inL(/)e2.72NSCCpp01/inp0L/NtNStN CCt20输出缓冲器输出缓冲器n负载10PF，最终输出级的上升、下降时间是1ns 的驱动电路的三种设计方案21输出缓冲器输出缓冲器n性能比较实际缓冲器的设计应从速度、功耗和面积综合考虑22输出缓冲器输出缓冲器n采用梳状(叉指状)结构的大宽长比MOS管相当于把宽度很大的MOS管变成多个并联的小管子，减小了多晶硅线的RC延迟 23输出缓冲器输出缓冲器v不同结构输出级MOS管对电路速度的影响24本节总结本节总结n输入缓冲器：电平转换/抑制噪声 n输出缓冲器：提高驱动能力

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