数字IC学习笔记(1)CMOS晶体管原理

一、物理材料

当以IV族元素（si等）作为基材，参入V族元素（AS）形成n-type，参入Ⅲ族元素（B）则形成p-type。

当n-type和p-type组合在一起则生成一个PN结。

P端高压N端低压则可以导电

二、MOS Transistor

有四个端口：gate，source，drain，body（substrate）（通常接GND）。

在nMOS中source和drain为n参杂，body为p参杂。

gate端给高压，source/drain给低压时，source和drain导通。

在pMOS中source和drain为p参杂，body为n参杂。

gate端给低压，source/drain给高压时，source和drain导通。

理想情况下gate只作为控制端，但是在实际情况中会出现漏电流。

在设计中，nmos可以视为开关，pmos可以视为反向开关。

三、invert的输入输出响应

可以看作为一个由gate端控制的对输出端电容的充放电过程。

需要电路跑的越快：

1.管子通过电流变大（导致面积变大，电容变大）

2.减小输出端电容

3.将开启电压变低（功耗变大）

在实际设计中通过改变libraries来控制速度和功耗的平衡。

Vdd的80%以上判定为“1”，20%以下判定为“0”。

rising transition time上升沿延迟指从20%涨到80%所需时间。

falling transition time下降沿延迟指从80%涨到20%所需时间。

四、影响delay（一个cell从输入的50%到输出的50%的时间）的因素（PVT）：

Process：代工厂制造参数漂移

Voltage：电压越高，delay越少，一般要求标称10%内

Temperature：PN结温度越高，delay越大

PVT漂移的最大范围定义了corner

在ff（fast-fast） corner保证hold足够

在ss（slow-slow） corner要保证setup足够

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