CMOS电路器件设计计算方法

一、CMOS电路器件设计

设计CMOS电路，在一般情况下，根据用户要求和给定的电路指标，首先对电路中各器件进行设计，然后画出版图，最后定出工艺参数。本节主要介绍CMOS电路器件设计和版图设计。CMOS电路器件。

由于倒相器是电路的基础，所以先考虑倒相器各器件的设计。CMOS电路器件。CMOS倒相器的设计，对高电平和低电平的要求可不予考虑，主要的设计指标是最高工作频率和噪声容限。设计指标和工艺参量由表5-4给出。

1、器件尺寸计算

根据给定的条件，我们可从工作频率出发进行计算。为达到最佳速度，应取，由于，因此有：

为满足最高工作频率的要求，取上升和下降时间更小些，假定。

为了保证电路在所给定的指标范围内良好地工作，同样要采用“最坏条件”进行设计。CMOS电路器件。对于工作频率来说，低的电源电压、高的阈电压，厚的氧化层和大的负载电容是不利因素，所以计算时应取下列数据：

（1）负载管的计算

首先，根据最坏条件的数据写出归一化阀值电压：

根据（2-86）式，进行计算：

根据（2-77）式，可得到：

由于，可得到负载管的宽长比为：

（2）输入管计算

根据（2-82）式：

于是，可求得：

由，求得输入管的宽长比为：

若，如沟道长取10μm、则负载管的沟道宽取140μm，输入管的沟道宽取60μm。

如果所计算的单元是一个二输入端的“与非”门电路，由于负载管是并联的，，所以两负载管的沟道宽长比与上面倒相器负载管的尺寸相同；CMOS电路器件。而输入管是串联的，，所以每个输入管的宽长比应是上面倒相器输入管的2倍。

2、噪声容限计算

根据最大噪容定义：高电平最大嗓容，低电平最大噪容。因此，只要算出转换电平，也就确定了噪容。CMOS电路器件。对于高电平噪容的最坏条件，，可根据式（2-68）算得转换电平为：

对于低电平噪容的最坏条件，，算得转换电平为：

于是，求得高电平噪容为：

低电平噪容为：

可以满足设计指标噪容为3V的要求。

3、功耗估算

根据（2-92）式，功耗为：

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