CMOS電路器件設計計算方法

一、CMOS電路器件設計

設計CMOS電路，在一般情況下，根據用戶要求和給定的電路指標，首先對電路中各器件進行設計，然后畫出版圖，最后定出工藝參數。本節主要介紹CMOS電路器件設計和版圖設計。CMOS電路器件。

由于倒相器是電路的基礎，所以先考慮倒相器各器件的設計。CMOS電路器件。CMOS倒相器的設計，對高電平和低電平的要求可不予考慮，主要的設計指標是最高工作頻率和噪聲容限。設計指標和工藝參量由表5-4給出。

1、器件尺寸計算

根據給定的條件，我們可從工作頻率出發進行計算。為達到最佳速度，應取，由于，因此有：

為滿足最高工作頻率的要求，取上升和下降時間更小些，假定。

為了保證電路在所給定的指標范圍內良好地工作，同樣要采用“最壞條件”進行設計。CMOS電路器件。對于工作頻率來說，低的電源電壓、高的閾電壓，厚的氧化層和大的負載電容是不利因素，所以計算時應取下列數據：

（1）負載管的計算

首先，根據最壞條件的數據寫出歸一化閥值電壓：

根據（2-86）式，進行計算：

根據（2-77）式，可得到：

由于，可得到負載管的寬長比為：

（2）輸入管計算

根據（2-82）式：

于是，可求得：

由，求得輸入管的寬長比為：

若，如溝道長取10μm、則負載管的溝道寬取140μm，輸入管的溝道寬取60μm。

如果所計算的單元是一個二輸入端的“與非”門電路，由于負載管是并聯的，，所以兩負載管的溝道寬長比與上面倒相器負載管的尺寸相同；CMOS電路器件。而輸入管是串聯的，，所以每個輸入管的寬長比應是上面倒相器輸入管的2倍。

2、噪聲容限計算

根據最大噪容定義：高電平最大嗓容，低電平最大噪容。因此，只要算出轉換電平，也就確定了噪容。CMOS電路器件。對于高電平噪容的最壞條件，，可根據式（2-68）算得轉換電平為：

對于低電平噪容的最壞條件，，算得轉換電平為：

于是，求得高電平噪容為：

低電平噪容為：

可以滿足設計指標噪容為3V的要求。

3、功耗估算

根據（2-92）式，功耗為：

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