CMOS反相器中的噪声容限会影响性能(néng)吗？

2020-05-21

设备或组件可(kě)以保持在可(kě)接受的范围内，则功能(néng)，性能(néng)和生命周期都会增加。如果设备或组件要保持在可(kě)接受的范围内，则必须首先了解这些限制是什么。举个例子，我的一位同事无法理(lǐ)解為(wèi)什么他(tā)与電(diàn)容器串联的保险丝反复失效。

经进一步审查，罪魁祸首是建议保险丝的安培数（裕度）贴错标签。事实证明，该板显示20安培，但建议的安培数為(wèi)40安培。他(tā)通过研究原理(lǐ)图发现了这一发现。利润和对它们的遵守在功能(néng)，性能(néng)和耐用(yòng)性中起着至关重要的作用(yòng)。这包括CMOS反相器中的噪声容限。

噪声裕度和CMOS特性

在電(diàn)气工程领域，可(kě)以代数地将无噪声的最坏情况下的输入電(diàn)平代数加到不引起输出電(diàn)压偏离允许的逻辑電(diàn)压電(diàn)平的外部信号的最大電(diàn)压幅度称為(wèi)噪声裕度。在通信系统工程领域，我们通常以分(fēn)贝（dB）為(wèi)单位测量噪声容限。

此外，我们将噪声容限定义為(wèi)信号超过最小(xiǎo)可(kě)接受量的比率。关于数字電(diàn)路，噪声容限是信号超过产生“ 1”或“ 0”所需的阈值的量。 

CMOS代表互补金属氧化物(wù)半导體(tǐ)。其制造过程包括使用(yòng)互补且对称的p型和n型MOSFET对来实现逻辑功能(néng)。该技术正用(yòng)于IC（集成電(diàn)路）芯片，微控制器，CMOS BIOS，微处理(lǐ)器，存储芯片和其他(tā)数字逻辑電(diàn)路的构造中。

我们还可(kě)以发现CMOS技术在诸如数据转换器，RF電(diàn)路，高度集成的收发器（通信）和图像传感器等模拟電(diàn)路中的使用(yòng)。总體(tǐ)而言，CMOS器件的两个基本特征是低静态功耗和高抗噪性。

由于一对MOSFET始终处于关断状态，因此串联组合仅在开关状态（开和关）时瞬间消耗大量功率。结果，CMOS器件产生的热量通常比其他(tā)形式的逻辑（例如TTL）产生的热量少，即使它不改变状态，该逻辑通常也具有(yǒu)恒定電(diàn)流。 

CMOS反相器的特性

CMOS技术轻松集成到芯片逻辑和VLSI芯片中。此外，它们以较高的速度运行，同时保持极少的功率损耗特性。此外，CMOS反相器提供了出色的逻辑缓冲功能(néng)，因為(wèi)它的高和低噪声容限同等重要。

现在，让我们仔细看一下CMOS反相器的工作原理(lǐ)及其特性。首先，CMOS反相器包含连接到漏极和栅极端子的PMOS（p型）和NMOS（n型）晶體(tǐ)管。而且，它在PMOS源极端子上包含電(diàn)源電(diàn)压（VDD），并在NMOS源极端子上包含接地。最后，它具有(yǒu)到栅极端子的VIN连接和到漏极端子的VOUT连接。请记住，CMOS反相器在其设计中没有(yǒu)使用(yòng)電(diàn)阻，因此与标准電(diàn)阻MOSFET反相器相比，它具有(yǒu)更高的功率效率。

 

参考上面的CMOS反相器图，由于CMOS器件输入端的電(diàn)压在5伏和0伏之间变化，因此PMOS和NMOS的状态将相应地不同。因此，如果将每个晶體(tǐ)管建模為(wèi)一个由VIN激活的简单开关，那么毫无疑问，我们可(kě)以看到CMOS反相器的功能(néng)。

CMOS反相器中的噪声裕度

现在，对于纯数字反相器，由于存在一定程度的電(diàn)容，它们不会立即从“ 1”（逻辑高）切换到“ 0”（逻辑低）。当逆变器从逻辑高電(diàn)平过渡到逻辑低電(diàn)平时，会有(yǒu)一个不清楚的區(qū)域，在该區(qū)域中我们无法考虑電(diàn)压是低还是高。正是在这一时刻，我们认為(wèi)这是我们的噪声余量。

我们必须考虑两个噪声容限，它们分(fēn)别是：高噪声容限（NMH）和低噪声容限（NML）。逻辑高電(diàn)平的驱动设备的最小(xiǎo)電(diàn)压输出（VOH min）必须大于逻辑高電(diàn)平的接收设备的最小(xiǎo)電(diàn)压输入（VIH min）。由于导線(xiàn)上存在噪声，因此驱动设备输出端的逻辑高信号可(kě)能(néng)会以较低電(diàn)压到达接收设备的输入端。

因此，逻辑高電(diàn)平的噪声容限NMH =（VOH min – VIH min）是您仍然可(kě)以正确接收逻辑高電(diàn)平信号的容差范围。对于噪声容限，我们可(kě)以说相同，对于逻辑低電(diàn)平，NML =（VIL max – VOL max），这规定了線(xiàn)路上逻辑低電(diàn)平信号的容限范围。噪声容限越小(xiǎo)，表明電(diàn)路对噪声越敏感。

 

噪声容限是设计容限的标准，可(kě)以在特定条件下建立适当的電(diàn)路功能(néng)。噪声源可(kě)以包括電(diàn)源，运行环境，電(diàn)场和磁场以及辐射波。片上晶體(tǐ)管的开关活动也会产生不希望的噪声。因此，為(wèi)了在特定的噪声条件下提供适当的晶體(tǐ)管开关，電(diàn)路的设计必须包括这些特定的噪声容限。