CMOS反相器的工作示意图 影响CMOS反相器特性的因素

反相器是所有数字设计的核心。静态CMOS反相器具有以下重要特性：

①输出高电平为V DD ，输出低电平为GND；

②属于无比逻辑，功能不受晶体管相对尺寸影响；

③具有低输出阻抗，输入电阻极高；

④理论上具有无穷大扇出，单个反相器可以驱动无穷多个门，增加扇出会增加传播延时，动态特性会变差，但不会影响稳态特性；

⑤在稳态工作情况下，电源线和地线之间没有直接通路，没有电流存在，意味着理论上没有静态功耗。

如下图是一个静态CMOS反相器的电路图，由一个上拉的PMOS器件和一个下拉的NMOS器件组成。通过使用MOS管的开关模型，可以将其等效成右边所示的反相器开关模型。

当V in ＝VDD时，下拉NMOS器件开始工作，PMOS器件断开，将存储在负载电容CL上的电压放电至0V。当V in ＝0V时，上拉PMOS器件开始工作，NMOS器件断开，向负载电容CL充电至V DD 。

CMOS反相器的工作示意图

在大多数情况下，反馈电阻RF是内嵌在振荡器电路内的(至少在ST的MCU中是如此)。它的作用是通过引入反馈使反相器的功能等同于放大器。Vin和Vout之间增加的反馈电阻使放大器在Vout ＝ Vin时产生偏置，迫使反向器工作在线性区域(图3中阴影区)。

该放大器放大了晶振的正常工作区域内的在并联谐振区内的噪声(例如晶振的热噪声)(译注：工作在线性区的反向器等同于一 个反向放大器)，从而引发晶振起振。在某些情况下，如果在起振后去掉反馈电阻RF，振荡器仍可以继续正常运转。

图 反相器工作示意图

CMOS反相器电路的原理图以及物理版图

影响CMOS反相器特性的因素

除电源电压外，影响反相器特性的主要有：

1.NMOS和PMOS管的阈值电压；
2.NMOS的W/L和PMOS管的W/L；
3.NMOS和PMOS管W/L值之比。