钱 香，陆亚青

（无锡科技职业学院，江苏 无锡 214028）

0 引 言

CMOS电路是同时采用NMOS管和PMOS管构成的一种电路，这种电路的优点是结构简单且规则，静态功耗非常小，所以在大规模和超大规模集成电路中用的较多[1]。CMOS反相器是静态CMOS逻辑电路的基本单元之一，下面先分析CMOS反相器的工作原理，再辅以软件仿真，分析其直流特性和瞬态特性[2,3]。

1 CMOS反相器的设计

文中设计的CMOS反相器中，NMOS管宽长比为2，PMOS管宽长比为5，输入信号为Vin，输出信号为Vout。输入低电平时，NMOS管截止，PMOS管导通，输出为高电平，输入高电平时，NMOS管导通，PMOS管截止，输出为低电平[4,5]。CMOS反相器的输出电压在0～VDD之间，是一种无比电路。

2 CMOS反相器的直流特性

直流输入下，CMOS反相器输出电压随输入电平的变化关系即直流电压传输特性[6-8]。输入信号Vin从0增加到VDD，NMOS管一开始工作于截止区，然后进入饱和区，最后进入非饱和区。PMOS一开始工作于非饱和区，然后进入饱和区，最后进入截止区[1]。结合MOS管工作区域的条件，将输入信号用线段表示，并在线段上将MOS管的工作区标注出来，如图1所示。Vit是反相器电压传输特性中输入和输出相等时对应的输入信号电压值，叫转换电平，也是CMOS反相器输出发生明显变化的转折点[7]。

图1 MOS管工作区域

设置CMOS反相器电源电压为5 V，对输入信号进行DC扫描，扫描范围为0～5 V，得到CMOS反相器的直流电压传输特性曲线如图2所示。从图中可以看出，输入电压较小时输出电压为5 V，输入电压较大时输出电压为0 V。输入信号等于Vit时，理想情况下输出电压直线下降，实际情况下由于沟道长度调制效应等原因，是一段变化很陡的曲线。……