北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（数字集成电路原理与设计）chap6 第六章 CMOS I/O设计

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1 第六章 CMOS I/O设计 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation CMOS集成电路的I/0设计 6.1输入缓冲器 6.2输出缓冲器 ■6.3ESD保护电路 6.4三态输出的双向|/O缓冲器

2 CMOS集成电路的I/O设计  6.1 输入缓冲器  6.2 输出缓冲器  6.3 ESD保护电路  6.4 三态输出的双向I/O缓冲器 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 输入缓冲器 两方面作用 ■电干转换接口 过滤外部信号噪声 望料材料 键合金属线 芯片支撑片 本 R 压点

3 输入缓冲器  两方面作用  电平转换接口  过滤外部信号噪声 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 输入缓冲器:电平转换 电平兼容 ■TTL电路逻辑摆幅小 ■最坏情况CMOS电路输入电平(VDD=5V) THin 207mx=0.87

4 输入缓冲器:电平转换  电平兼容  TTL电路逻辑摆幅小  最坏情况CMOS电路输入电平（VDD=5V） V V IHmin =2.0 ILmax V V 0.8 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

nerated by Foxit PDF Creator@ Foxit Software I//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 输入缓冲器 VN+√VK DD TP 逻辑阈值设计 IH min ILmax=14V ■求算导电因子比例 DD=5V, VIN =-VTP =0.8V K、 K r K NOS管占用大量苍片面积;Vm=20Vnm=08 输入为mn时有静态功耗

输入缓冲器  逻辑阈值设计  求算导电因子比例 IH min ILmax it 1.4V 2 V V V    V V V DD TN TP     5V, 0.8V N r p 21.7 K K K   NMOS管占用大量芯片面积； 输入为VIHmin时有静态功耗 TN r DD TP   it r r 1 = 1 1 1 V K V V V K K     V V IHmin =2.0 ILmax V V 0.8 VDD Vin Vou t t Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 输入缓冲器 √/K,(VmD+Vp) 1+、1/K ■改进电路 增加三极笞,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 内部电路压的绝对值 N 今增加反馈管Mp2, 改善输出高电平

6 输入缓冲器  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 TN r DD TP   it r r 1 = 1 1 1 V K V V V K K     Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

nerated by Foxit PDF Creator@ Foxit Software I//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 输入缓冲器:抑制输入噪声 用CMOS史密特触发器做输入缓冲器 Vin MPI Mp Vin/au

7 输入缓冲器：抑制输入噪声  用CMOS史密特触发器做输入缓冲器 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 史密特触发器:输入缓冲器 ■转换电平 +1DD+ TN 1+、K K(Von +V DD TP 1+、K △V △v ■噪声容限 NHM NLM ■回滞电压V1=V+-V,△V=V/2 Vin/au

8 史密特触发器：输入缓冲器  转换电平  噪声容限  回滞电压 H H V V V V V , 2       DD r TN 1 r V K V V K     r DD TP   1 r K V V V K       NHM DD NLM V V V V V ,      Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 史密特触发器做输 入缓冲器 ■利用回滞电压特性抑制输入噪声干扰 y-=.l (b) (c)

9 史密特触发器做输 入缓冲器  利用回滞电压特性抑制输入噪声干扰 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly Noise suppression using schmitt rigger 10

10 Noise Suppression using Schmitt Trigger Vin t0 VM VM t Vout t0 + tp t Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only