湖南大學(xué)2016春季微電子電路期中考試講解

1、期中考試期中考試微電子電路微電子電路填空填空題題簡答題簡答題分析應(yīng)用題分析應(yīng)用題填空題填空題1、TTL晶體管是（晶體管是（電流）控制控制元件，元件，同時它也同時它也是（是（雙）極型元極型元件，因?yàn)槠溆杉驗(yàn)槠溆桑ǘ嘧樱┖秃停ㄉ僮樱﹨⑴c工作。參與工作。2、CMOS晶體管是（晶體管是（電壓）控）控制元件，同時它也是（制元件，同時它也是（單）極型）極型元件，因?yàn)槠渲挥校ㄔ?，因?yàn)槠渲挥校ǘ嘧樱﹨⑴c）參與工作。工作。3、CMOS非門的主要參數(shù)有非門的主要參數(shù)有（閾值電壓）、（噪聲容限）、（工作頻率）等。等。填空題填空題4、NMOS管工作于非截止的邊管工作于非截止的邊界條件是（界條件是（VGSVT），

2、），其工作于其工作于臨界飽和的條件是臨界飽和的條件是（VGSVT,VDs=VGS-VT）。）。參見教材參見教材P285、構(gòu)成、構(gòu)成CMOS邏輯門電路一般邏輯門電路一般是采用是采用（增強(qiáng)）型的型的MOS管。管。6、復(fù)雜邏輯門電路是由、復(fù)雜邏輯門電路是由PDN和和PUN構(gòu)成，其中構(gòu)成，其中PUN是是（增強(qiáng)型PMOS）型晶體管，型晶體管，PDN是是（增強(qiáng)型NMOS）型晶體管。型晶體管。簡答題簡答題1、簡述增強(qiáng)型、簡述增強(qiáng)型NMOS管的工作管的工作原理。原理。當(dāng)施加在柵極上的電壓為當(dāng)施加在柵極上的電壓為0時，源極和柵極被中間時，源極和柵極被中間的的p型區(qū)隔開，源和漏之間相當(dāng)于兩個背靠背的型區(qū)隔開，源和

3、漏之間相當(dāng)于兩個背靠背的pn結(jié)結(jié)，在這種情況下，即使在源和漏之間加一定的電，在這種情況下，即使在源和漏之間加一定的電壓，也沒有明顯的電流，只有一個很小的壓，也沒有明顯的電流，只有一個很小的pn結(jié)反向結(jié)反向飽和電流；飽和電流；當(dāng)在柵極施加足夠大的當(dāng)在柵極施加足夠大的正電壓正電壓時（時（VG0）后，使柵）后，使柵極下方的極下方的p型硅型硅表面強(qiáng)反型表面強(qiáng)反型（達(dá)到閾值電壓（達(dá)到閾值電壓VT），），源區(qū)和漏區(qū)之間會形成源區(qū)和漏區(qū)之間會形成n型的型的導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道。這時如果。這時如果在漏源之間加在漏源之間加偏置電壓偏置電壓VDS，電子會從源極向漏極運(yùn)，電子會從源極向漏極運(yùn)動，形成電流。動，形成電流。

4、參照教材參照教材P24&28簡答題簡答題1、簡述增強(qiáng)型、簡述增強(qiáng)型NMOS管的工作管的工作原理。原理。簡答題簡答題2、簡述、簡述CMOS非門的工作原理非門的工作原理及其及其VTC電壓傳輸特性曲線。電壓傳輸特性曲線。若輸入為若輸入為“1 1”(Vin= VDD)(Vin= VDD)：V VGSGSN = VDD N = VDD ， V VGSGSP = 0VP = 0VNMOSNMOS導(dǎo)通，導(dǎo)通，PMOSPMOS截止截止輸出輸出“0 0” (Vout = 0V (Vout = 0V) )參照教材參照教材P57P57簡答題簡答題2、簡述、簡述CMOS非門的工作原理非門的工作原理及其及其VT

5、C電壓傳輸特性曲線。電壓傳輸特性曲線。Vin=VVin=VTNTN的垂直線的垂直線：NMOSNMOS截止截止/ /導(dǎo)通導(dǎo)通Vin=VDD+VVin=VDD+VTPTP的垂直線的垂直線：PMOSPMOS導(dǎo)通導(dǎo)通/ /截止截止VinVinV VTNTN=Vout=Vout的斜線的斜線：NMOSNMOS飽和區(qū)飽和區(qū)/ /線性區(qū)線性區(qū)VinVinV VTPTP=Vout=Vout的斜線的斜線：PMOSPMOS線性區(qū)線性區(qū)/ /飽和飽和參照教材參照教材P59P59簡答題簡答題3、試比較、試比較TTL和和CMOS晶體管。晶體管。1 1）TTLTTL電路是電流控制器件，而電路是電流控制器件，而comscom

6、s電路是電壓控制器件。電路是電壓控制器件。 2 2）TTLTTL電路的速度快，傳輸延遲電路的速度快，傳輸延遲時間短時間短(5-10ns)(5-10ns)，但是功耗大。，但是功耗大。COMSCOMS電路的速度慢，傳輸延遲電路的速度慢，傳輸延遲時間長時間長(25-50ns),(25-50ns),但功耗低。但功耗低。COMSCOMS電路本身的功耗與輸入信電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，號的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越芯片集越熱。熱。3 3）MOSMOS晶體管可以雙向傳輸信號晶體管可以雙向傳輸信號，其源、漏端（有相同的結(jié)構(gòu)），其源、漏端（有相同的結(jié)構(gòu)）是根據(jù)電位高低確定的，而雙極

7、是根據(jù)電位高低確定的，而雙極晶體管則不同。晶體管則不同。簡答題簡答題4、簡述基于、簡述基于Hspice仿真平臺的仿真平臺的基本設(shè)計(jì)仿真過程?；驹O(shè)計(jì)仿真過程。1 1、編寫源代碼。按照、編寫源代碼。按照實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)要求，第一步、搭建電路第一步、搭建電路第二步、以可編輯方式打開需要仿真的電路第二步、以可編輯方式打開需要仿真的電路第三步、創(chuàng)建仿真文件，該文件以第三步、創(chuàng)建仿真文件，該文件以.sp.sp為后綴進(jìn)行保存；首先調(diào)用網(wǎng)表文件；然后開為后綴進(jìn)行保存；首先調(diào)用網(wǎng)表文件；然后開始加激勵；接下來確定仿真類型；添加顯示語句；調(diào)入模型；最后在網(wǎng)表的結(jié)尾加始加激勵；接下來確定仿真類型；添加顯示語句；調(diào)入

8、模型；最后在網(wǎng)表的結(jié)尾加上上.end.end2 2、打開打開HSpiceHSpice軟件軟件平臺平臺，依次點(diǎn)擊，依次點(diǎn)擊FileFile，OpenOpen，選中編寫好的，選中編寫好的.sp.sp文件文件“打開打開”。3 3、編譯與調(diào)試、編譯與調(diào)試。點(diǎn)擊。點(diǎn)擊SimulateSimulate編譯，若結(jié)果編譯，若結(jié)果有錯誤或警告，則將要調(diào)試修改直至文有錯誤或警告，則將要調(diào)試修改直至文件編譯成功。件編譯成功。4 4、 仿真運(yùn)行仿真運(yùn)行及驗(yàn)證。在編譯成功后，及驗(yàn)證。在編譯成功后，點(diǎn)擊點(diǎn)擊SputilSputil開始開始仿真運(yùn)行仿真運(yùn)行。5 5、選擇要顯示的數(shù)據(jù)。、選擇要顯示的數(shù)據(jù)。6 6、仿真平臺各結(jié)

9、果信息說明、仿真平臺各結(jié)果信息說明。簡答題簡答題5、簡述、簡述CMOS傳輸門電路構(gòu)成傳輸門電路構(gòu)成及其工作原理。及其工作原理。NMOSNMOS傳輸管傳輸傳輸管傳輸高電平有閾值損失高電平有閾值損失；PMOSPMOS傳輸管傳輸傳輸管傳輸?shù)碗娖接虚撝祿p失低電平有閾值損失；CMOSCMOS傳輸門利用各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)傳輸門利用各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無損失電平傳輸無損失電平傳輸；參照教材參照教材P88P88分析應(yīng)用題分析應(yīng)用題1、分析圖、分析圖1的的CMOS電路，電路，F(xiàn)(A,B,C,D)=?試畫圖由其構(gòu)成異試畫圖由其構(gòu)成異或門電路？或門電路？分析應(yīng)用題分析應(yīng)用題參照教材參照教材P86分析應(yīng)用題分析應(yīng)用題4、試

10、分析圖、試分析圖3的邏輯功能的邏輯功能S1S0Y00D001D110D211D3真值表真值表故該數(shù)字電路的邏輯功故該數(shù)字電路的邏輯功能為四選一能為四選一分析應(yīng)用題分析應(yīng)用題5、試分析圖、試分析圖4的邏輯功能的邏輯功能真值表真值表分析應(yīng)用題分析應(yīng)用題5、試分析圖、試分析圖4的邏輯功能的邏輯功能參考教材參考教材P103please let me fly in the skyplease let me fly in the sky按工藝按工藝劃分劃分雙極集成雙極集成電路電路飽和型飽和型TTLTTL非飽和型非飽和型ECLECLMOSMOS集成集成電路電路PMOSICPMOSICNMOSICNMOSIC

11、CMOS-ICCMOS-ICTTL晶體管晶體管please let me fly in the skyplease let me fly in the skyTTLTTL電路是電路是晶體管晶體管- -晶體管邏輯電路晶體管邏輯電路的英文縮寫（的英文縮寫（Transister-Transister-Logic Transister-Transister-Logic ），是數(shù)字集成電路的一大），是數(shù)字集成電路的一大門類。它采用門類。它采用雙雙極型極型工藝工藝制造，具有高速度低功耗和制造，具有高速度低功耗和品種多等特點(diǎn)。品種多等特點(diǎn)。參考參考教材教材P5CMOS管管please let me fly

12、in the skyplease let me fly in the skyCMOSCMOS是是: :金屬金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體半導(dǎo)體(Metal-Oxide-(Metal-Oxide-Semiconductor)Semiconductor)結(jié)構(gòu)的晶體管簡稱結(jié)構(gòu)的晶體管簡稱MOSMOS晶體管，晶體管，有有P P型型MOSMOS管和管和N N型型MOSMOS管管 之分。由之分。由 MOS MOS管構(gòu)成的集管構(gòu)成的集成電路稱為成電路稱為MOSMOS集成電路，而由集成電路，而由PMOSPMOS管和管和NMOSNMOS管共管共同構(gòu)成的互補(bǔ)型同構(gòu)成的互補(bǔ)型MOSMOS集成電路即為集成電路即為

13、 CMOS-IC CMOS-IC（ Complementary MOS Integrated Circuit Complementary MOS Integrated Circuit）。）。TTL晶體管晶體管&CMOS管管在電路理論中，有一種器件叫做在電路理論中，有一種器件叫做受控源受控源，受控源分為，受控源分為電壓控制型和電流控制型。電壓控制型器件，就是說電壓控制型和電流控制型。電壓控制型器件，就是說無論該器件的輸出是什么（電壓或電流），它的輸出無論該器件的輸出是什么（電壓或電流），它的輸出都是受輸入端的電壓大小控制的。而同樣，電流控制都是受輸入端的電壓大小控制的。而同樣，電流控制型

14、器件，無論它的輸出是什么，它的輸出都是受輸入型器件，無論它的輸出是什么，它的輸出都是受輸入端的電流大小控制的。端的電流大小控制的。TTLTTL是由是由晶體管構(gòu)成晶體管構(gòu)成，而晶體管是，而晶體管是電流控制型電流控制型的。的。COMSCOMS是由是由場效應(yīng)管場效應(yīng)管MOSFETMOSFET構(gòu)成的，而場效應(yīng)管是構(gòu)成的，而場效應(yīng)管是電電壓控制型壓控制型的。的。閾值電壓閾值電壓V VT T定義為溝道區(qū)源端半導(dǎo)體表面定義為溝道區(qū)源端半導(dǎo)體表面到達(dá)強(qiáng)反型到達(dá)強(qiáng)反型所需要的所需要的柵壓柵壓；故故它是它是MOSFETMOSFET導(dǎo)通和截止的導(dǎo)通和截止的分界點(diǎn)分界點(diǎn)，在數(shù)字，在數(shù)字電路中，電路中，MOSFETMO

15、SFET的導(dǎo)通和截止又決定了的導(dǎo)通和截止又決定了電路的開、電路的開、關(guān)狀態(tài)關(guān)狀態(tài)；參見教材參見教材P26P26工作頻率工作頻率當(dāng)當(dāng)信號頻率較高信號頻率較高時，例如在時，例如在MOSMOS結(jié)構(gòu)上加一階躍脈沖結(jié)構(gòu)上加一階躍脈沖或高頻正弦形成的正電壓時，反型層中電子的數(shù)量變或高頻正弦形成的正電壓時，反型層中電子的數(shù)量變化跟不上高頻信號的變化，只能通過耗盡層向半導(dǎo)體化跟不上高頻信號的變化，只能通過耗盡層向半導(dǎo)體內(nèi)延伸而產(chǎn)生大量負(fù)電荷來滿足中性條件。內(nèi)延伸而產(chǎn)生大量負(fù)電荷來滿足中性條件。參見教材參見教材P23P23是指在前一極輸出為是指在前一極輸出為最壞的情況最壞的情況下，為保證后一極正下，為保證后一極

16、正常工作，所允許的最大噪聲常工作，所允許的最大噪聲幅度幅度 。在數(shù)字電路中，一。在數(shù)字電路中，一般常以般常以“1”1”態(tài)下（上）限噪聲容限和態(tài)下（上）限噪聲容限和“0”0”態(tài)上（下態(tài)上（下）限噪聲容限中的最小值來表示電路（或元件）的噪）限噪聲容限中的最小值來表示電路（或元件）的噪聲容限。噪聲容限越大說明容許的噪聲越大，電路的聲容限。噪聲容限越大說明容許的噪聲越大，電路的抗干擾性抗干擾性越好越好。噪聲容限噪聲容限例如例如：電路額定高電平和低電平分別是：電路額定高電平和低電平分別是2.4v2.4v和和0.4v0.4v，最，最小可識別電平（即臨界可識別電平）是小可識別電平（即臨界可識別電平）是2v2

17、v和和0.8v0.8v。即。即系統(tǒng)本身高電平識別是系統(tǒng)本身高電平識別是2.4v2.4v，但若一個信號受噪聲疊，但若一個信號受噪聲疊加后呈現(xiàn)是加后呈現(xiàn)是2v2v的電壓，此時也可識別為高電平；低電的電壓，此時也可識別為高電平；低電平額定識別是平額定識別是0.4v0.4v，若一個信號受噪聲疊加后呈現(xiàn)，若一個信號受噪聲疊加后呈現(xiàn)0.8v0.8v的電壓時，也可以識別出是低電平。的電壓時，也可以識別出是低電平。根據(jù)根據(jù)零柵零柵壓時是否存在壓時是否存在導(dǎo)電溝道可將導(dǎo)電溝道可將MOSFETMOSFET分為增強(qiáng)分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類；型和耗盡型兩類；必須在柵極施加必須在柵極施加電壓電壓才能形成溝道的器件成為才能

18、形成溝道的器件成為增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSFETMOSFET ；必須在柵極施加必須在柵極施加偏壓偏壓才能使溝道內(nèi)載流子耗盡從而關(guān)斷才能使溝道內(nèi)載流子耗盡從而關(guān)斷的器件稱為的器件稱為耗盡型耗盡型MOSFETMOSFET；（由于柵金屬和半導(dǎo)體功；（由于柵金屬和半導(dǎo)體功函數(shù)差、氧化層中電荷等原因）函數(shù)差、氧化層中電荷等原因）參考教材參考教材P24P24增強(qiáng)型增強(qiáng)型&耗盡型耗盡型例如例如：CMOSCMOS反相器，反相器，如果使用耗盡型的如果使用耗盡型的cmoscmos管，當(dāng)管，當(dāng)沒有電壓輸入或低電壓時，輸出沒有電壓輸入或低電壓時，輸出端端可能可能會會輸出高輸出高電平電平，故故應(yīng)使用增強(qiáng)型應(yīng)使用增強(qiáng)型mosmos管管；PDNPDN由由NMOSNMOS器件構(gòu)成，而器件構(gòu)成，而PUNPUN由由PMOSPMOS器件構(gòu)成。理由器件構(gòu)成。理由是是NMOSNMOS管產(chǎn)生管產(chǎn)生“強(qiáng)強(qiáng)0 0”而而PMOSPMOS管產(chǎn)生管產(chǎn)生“強(qiáng)強(qiáng)1 1”;”;PUN&PDN在數(shù)字電路中，在數(shù)字電路中，MOSMOS器件是器件是作為作為開關(guān)開關(guān)使用，