当前课程知识点：数字电子技术基础 > 第三周 > 3.3-4 CMOS反相器的动态特性 > Video
前面我们讲了
关于它的一些静态特性
但是我们也提到说
我们在逻辑代数当中
关心的是数字电路
是逻辑取值0/1的情况
我们在电压传输特性曲线的时候
我也最关心的
是它在输出高电平
和输出低电平的状况
但是有一个事情
我们没有办法回避它
就是从高到低
或者从低到高的过程当中
电压信号是要变化的
输入的变化会引起输出的变化
那么我们前面也提到过
说这样的一些特性
在逻辑代数当中没有描述
那么这些特性呢
在CMOS反相器中
有一个重要的特性
叫做动态特性
我们在动态特性当中
要讲一下传输延迟时间
所谓传输延迟时间指的是什么
大家看这个图
如果我有两个反相器
这样连起来
那么如果从逻辑代数的角度来看
其实输入这个地方是0的话
最一开始是0的话
两级取反之后输出就是0
那么这是从逻辑代数的角度看
如果从逻辑电压值的角度来看
那你会说这个电压值
输入的是一个0的话
是逻辑0的话
我敢确保两级之后
输出的这个逻辑0的质量
要比我前面这个来得高
这已经进步了
对于它来讲
已经从电压值的角度
对它进行了深入的分析
但是我要问另外一个问题
我说如果这个是0
这已经稳定是0
我请问输入信号从0变1之后
输出是马上就从0变1吗
要经过多长时间
我才能从输出这个地方看到1
这就所谓的传输延迟
以此类推所有的信号
电压信号 在数字电路当中
从输入到输出都是要花时间的
什么是传输延迟时间
传输延迟时间是输入信号
经过电路之后
在时间上面留下的痕迹
那我们下边就来分析一下
为什么会有传输延迟时间
它到底从何而来
它的这个值的大小
到底该怎么估算
好 我们下边
把这两个反相器打开
可以这么看
这两个反相器分别打开之后
这是我们其中一个
反相器的内部电路
在这个内部电路当中
是不是可以这么说
说输入信号加在栅级之后输出
然后输入到下一级
那你别忘了这件事
我们说CMOS反相器
有一个特别特别好的特性
就是它的输入
在你工作电压不超范围的情况下
是不取电流的
那么什么叫工作电压不超范围
也就是说如果你的输入电压
是0到VDD之间
正常工作电压
我的输入是不取电流的
那不取电流
我的信号是怎么传递的呢
还能想起来吗
它是通过建立栅级的垂直电场
形成反型层改变管子导通和截止的状态
然后再输出下拉或上拉出0和1的
那好 那这个时候
栅级和衬底之间
隔着一个二氧化硅绝缘层
两头都是导电的
中间不导电
两头都引向信号的另外两端
中间是介质
这是什么东西呀
这是不是就是
我们在电路原理当中
学习过的类似的平板电容的效应
那就是说我在制造mos管的时候
我并没有想造电容
但是我制造出来之后
它有等效电容的特性
那我们现在可以
借用高中物理的一点知识
平板电容 电容值等于什么呢
是不是等于平板相对的面积
以及它们之间的距离
还有就是它们中间的介质参数
能够算出来大致的等效电容是多少
那下边呢 我们就把这两个
输入级的等效电容
放在了这儿C1 C2
那就是说所有的CMOS反相器
其实输入都相当于
有这两个等效电容
那如果都有这两个等效电容
我们看会不会出这么一件事
说如果有电容
我们知道电容两端的压降
是不能突变的
那也就是说什么呢
说我输入信号虽然变了
我输出信号没那么快变
因为我这边有电容效应
那要花多长时间呢
我们来看一下
传输延迟时间形成的原因
就是在CMOS门电路当中
等效的输入输出电容的充放电
而谁对电容进行充放电呢
我们知道时间常数当中
有R 有C
C我们找到了来源
那R从何而来
R很简单
前面我们看到了CMOS反相器
上拉和下拉的时候
都有导通的等效电阻
这就是电阻的来源
那我们可以看到
从定性的分析上来讲
如果说有一个信号
从输入要传到输出
也就是说我的输入从0变1
又从1变0的话
这样的一个信号在输出会出现
但是要过一会儿
过多少时间呢
我们把这个称为传输延迟时间
那么这个值大概是多少呢
这个时间常数取决于
在电路当中等效的RC环节
还取决于在电路当中VDD的值
因为VDD通过RC来完成充放电
而充放电的关键点
我们如果看成是二分之一
就是我充到或者放到二分之一
意味着我的电压信号
完成转换的话
那么我们来关注一下
这个时间常数
我们刚才了解了
传输延迟时间的主要来源
一个是我们每一级反相器
都会在上拉和下拉时候
对外呈现出来的等效内阻
还有一个就是我们的CMOS反相器
它的输入级由于不取电流
等效出来的电容特性
那么这样一来RC环节形成
RC环节形成之后
电压信号在传递过程中
我们都知道
如果遇到RC环节会慢下来
这个慢下来在电路原理当中
学习过它具体的计算
也就是我们说的动态过程
这个动态过程在分析的过程当中
要关注几个点
一个是在电路当中
你要求出RC的等效环节
还有一个就是你要关注
你的动态过程
从暂态到稳态
需要判断的几个点
在电路原理当中
我们学习过三要素
三要素关心什么
三要素关心起始点
关心稳态 还关心时间常数т
那么这是关于RC的三要素
那这个R和这个C
在电路当中
在CMOS反相器当中
它指的是谁呢
刚才我们看到了
如果是两级反相器连在一起
后级的输入级的
栅级和衬底之间的电容
等效出来的C
和前级的上拉和下拉
等效出来的R
一起构成了RC环节
一起构成了RC环节之后
就会带来这样的特性
输入从低电平到高电平的时候
我这一级的输出
不会马上反应
因为这一级是被接在了
后级输入级的电容上
而我们都知道
电容两端的压差是不能突变的
那这就意味着什么呢
这就意味着输入
从低电平变成了高电平
但是我的输出不会马上变
我要过一会儿
过多长时间呢
我们可以通过这个计算
把它计算出来
那我们把这个时间
把这个算式整理一下
这个时间是不是
就应该是这样
т=RC
这个R呢 是前级的R
和后端等效的C
那就意味着什么呢
意味着说我输入
如果已经从低电平
变成高电平
那我后级
刚才还是高电平的时候
电容上是有电荷的
那这个时候如果说
我的高电平
要转换成低电平的话
我需要把这个高电平
再通过你导通的这部分
给它泄放掉
所以它需要时间
那么这个RC跟V无穷（稳态值）
和V0还有VT分别取什么呢
这个就是你关心什么
你看一下你的起始是多少
你的起始在这个地方是Vol(低电平)
就是我的低电平
而我们的终了值是多少呢
稳态的时候是多少呢
是VDD
而我的VT关心多少呢
我关心二分之一VDD
那也就是关心我的Vth
那如果把这个式子进行整理
就可以得到整个时间常数
等于RC*ln2
就是说其实这个时间特性
是你在CMOS器件
一旦制造完毕之后
就带在身上的一个时间特性
谁也没有办法改变
那就是说这个器件在使用过程当中
只要是用在电压信号传递的时候
它就会出现刚才我们说的
传输延迟
而且这个值
跟你前面所提到的
这个电源电压值关系不大
你提高电源电压
刚才我们前面说了
能够提高静态的输入噪声容限
但是当我提高电源电压的时候
我的Vth也提高了
所以当我进行这样的整理之后
你会发现电源电压提高了
但是呢
我并不能够对相同的rc
来缩短时间
原因是因为我要变化的那个
VTH也提高了
这就是我们说的传输延迟时间
-0.1 数字量和模拟量
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-0.2 电子技术的发展历程
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-0.3 课程的基本任务
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-1.1 信息与编码
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-1.2 二进制的补码
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-1.3 二进制补码运算的符号位
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-1.4 二进制的编码
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-1.5 用电压来表达信息
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-1.6 电压信号的离散化
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-2.1 逻辑代数概述
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-2.2 逻辑代数的三种基本运算
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-第一周--第一周作业
-2.3 几种常用的复合逻辑运算
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-2.4 逻辑代数的基本公式和常用公式
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-2.5 逻辑代数的基本定理
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-2.6 逻辑函数及其表示方法
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-2.7 逻辑函数形式的变换
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-2.8 逻辑函数的化简
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-2.9 逻辑函数的最小项之和
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-2.10 逻辑函数的最大项之积
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-2.11 最小项和最大项的关系
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-2.12 逻辑函数的卡诺图
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-2.13 卡诺图化简法
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-2.14 具有无关项的逻辑函数及其化简
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-2.15 逻辑函数的机器化化简法
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-第二周--第二周作业
-3.0 门电路概述
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-3.1-1 半导体二极管的开关特性
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-3.1-2 二极管与门
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-3.1-3 二极管或门
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-3.1-4 二极管门电路的缺点
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-3.2-1 MOS管的基本构造和工作原理
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-3.2-2 MOS管的开关特性
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-3.2-3 MOS管的工作特性曲线
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-3.3-1 CMOS反相器的电路结构和工作原理
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-3.3-2 CMOS反相器的电压电流传输特性
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-3.3-3 CMOS反相器的静态输入输出特性
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-3.3-4 CMOS反相器的动态特性
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-3.3-5 CMOS反相器的总功耗
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-第三周--第三周作业
-3.4-1 其他逻辑功能的CMOS门电路
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-3.4-2 带缓冲级的CMOS门电路
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-3.4-3 漏极开路的门电路
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-3.4-4 CMOS传输门和三态门
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-3.5-1-1 双极型三极管的输入输出特性
--Video
-3.5-1-2 双极型三极管的基本开关电路
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-3.5-1-3 双极型三极管的开关等效电路、三极管反相器
--Video
-第四周--第四周作业
-3.5-2-1 TTL反相器的电路结构
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-3.5-2-2 TTL反相器的工作原理
--Video
-3.5-2-3 TTL反相器中的几个 问题和输入噪声容限
--Video
-3.5-3-1 TTL反相器的输入输出特性
--Video
-3.5-3-2 TTL反相器的输入端负载特性
--Video
-3.5-3-3 TTL反相器的扇出系数
--Video
-3.5-4-1 TTL反相器的传输延迟时间
--Video
-3.5-4-2 TTL反相器的交流噪声容限
--Video
-3.5-4-3 电源的动态尖峰电流
--Video
-3.5-5-1 其他逻辑功能的TTL门电路
--Video
-3.5-5-2 集电极开路输出的门电路
--Video
-3.5-5-3 三态输出门
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-实验一：与非门电压传输特性曲线的观测
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-实验二：与非门传输延迟时间的测量
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-第五周--第五周作业
-4.1 组合逻辑电路的特点
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-4.2-1 组合逻辑电路的分析方法
--Video
-4.2-2 组合逻辑电路的设计方法
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-4.3-1-1 若干常用组合逻辑电路：普通编码器
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-4.3-1-2-1 优先编码器
--Video
-4.3-1-2-2 优先编码器的扩展
--Video
-4.3-1-3 二-十进制优先编码器
--Video
-4.3-2-1 译码器
--Video
-4.3-2-2 二进制译码器的扩展
--Video
-4.3-2-3-1 显示译码器
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-4.3-2-3-2 显示译码器附加控制端的作用
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-4.3-2-4 用译码器设计组合逻辑电路
--Video
-4.3-3-1 数据选择器
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-4.3-3-2 用数据选择器设计组合电路
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-4.3-4-1 加法器
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-4.3-4-2 多位加法器
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-4.3-4-3 用加法器设计组合电路
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-4.3-5 数值比较器
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-4.4-1_4.4-2 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象
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-4.4-3 消除竞争-冒险现象的方法
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-第六周--第六周作业
-4.5 可编程器件及EDA1
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-5.0 触发器的由来
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-5.1 门电路与触发器的关系
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-5.2 基本RS锁存器
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-5.3-1 电平触发的SR触发器
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-5.3-2 电平触发的D触发器1
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-5.3-3 电平触发的D触发器2
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-5.4-1-1 脉冲触发的触发器--主从D触发器
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-5.4-1-2 脉冲触发的触发器--主从SR触发器
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-5.4-1-3 脉冲触发的触发器--主从JK触发器
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-5.4-2 脉冲触发方式的动作特点
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-5.5 边沿触发的触发器
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-5.6-1 触发器的逻辑功能及其描述方法--SR触发器
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-5.6-2触发器的逻辑功能及其描述方法--JK触发器、T触发器、D触发器
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-第七周--第七周作业
-5.7-1 触发器的动态特性1
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-5.7-2 触发器的动态特性2
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-5.7-3 触发器的动态特性3
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-6.1-1 时序逻辑电路概述
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-6.1-2 时序电路的一般结构形式与功能描述方法
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-6.1.3 时序电路的分类
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-6.2.1-1 同步时序电路的分析方法1
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-6.2.1-2 同步时序电路的分析方法2
--Video
-6.2.3 异步时序电路的分析方法
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-6.3.1-1 寄存器
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-6.3.1-2 移位寄存器1
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-6.3.1-3 移位寄存器2
--Video
-6.3.1-4 移位寄存器扩展应用
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-6.3.2-1-1-1 计数器概述、同步二进制加法计数器
--Video
-6.3.2-1-1-2 同步二进制减法计数器
--Video
-6.3.2-1-1-3 同步加减计数器
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-6.3.2-1-2-1 同步十进制加法计数器
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-6.3.2-1-2-2 同步十进制减法计数器、十进制可逆计数器
--Video
-6.3.2-2 异步计数器
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-第八周--第八周作业
-6.3.2-3-1-1 任意进制计数器的构成方法
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-6.3.2-3-1-2 任意进制计数器的构成方法--举例(N>M)
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-6.3.2-3-1-3 任意进制计数器的构成方法--举例(N<M)
--Video
-6.3.2-4 计数器应用举例
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-6.4.1-1 时序逻辑电路的设计方法
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-6.4.1-2 时序逻辑电路的设计方法--举例
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-6.4.2 时序逻辑电路的动态特性分析
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-7.0 半导体存储器绪论
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-7.1 半导体存储器概述和分类
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-7.2-1 ROM的结构和工作原理
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-7.2-2 可编程ROM1
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-7.2-3 可编程ROM2
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-7.3 RAM的结构和工作原理
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-7.4-1 存储器容量的扩展-位扩展
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-7.4-2 存储器容量的扩展-字扩展
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-7.5 用存储器实现组合逻辑电路
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-第九周--第九周作业
-8.1 可编程逻辑器件概述
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-8.2-8.3-8.4 可编程逻辑器件-FPLA/PAL/GAL
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-8.5-8.6-8.7 可编程逻辑器件-EPLD/CPLD/FPGA
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-8.8-8.9 可编程逻辑器件-ISPGDS、PLD的使用
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-10.1-1 脉冲波形的产生和整形概述
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-10.1-2-10.2.1 门电路组成的施密特触发器
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-10.2.2 集成施密特触发器
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-10.2.3 施密特触发器的主要特点和应用
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-10.3.1-1-1 积分型单稳态触发器--结构和工作原理
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-10.3.1-1-2 积分型单稳态触发器--性能参数计算
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-10.3.1-2-1 微分型单稳态触发器--结构和工作原理
--Video
-10.3.1-2-2 微分型单稳态触发器--性能参数计算
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-10.3.2 集成单稳态触发器
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-10.4.1 用施密特触发器构成的多谐振荡器
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-10.4.2 对称式多谐振荡器
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-10.4.3 非对称式多谐振荡器
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-第十周--第十周作业
-10.4.4 环形振荡器
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-10.4.5 石英晶体多谐振荡器
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-10.5 脉冲电路的分析方法
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-10.6.1 555定时器电路的结构与功能
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-10.6.2 用555定时器接成施密特触发器
--Video
-10.6.3 用556定时器接成单稳态触发器
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-10.6.4 用557定时器接成多谐振荡器
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-11.1 数模和模数转换概述
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-11.2.1 权电阻网络D/A转换器
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-11.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器
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-11.2.3 具有双极性输出的电阻网络D/A转换器
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-11.2.4 D/A转换器的转换精度和速度
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-11.3.1 A/D转换的基本原理
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-11.3.2 采样保持电路
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-11.3.3 并联比较型A/D转换器
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-11.3.4-1 反馈比较型A/D转换器--计数型
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-11.3.4-2 反馈比较型A/D转换器--逐次渐进型
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-11.3.5 双积分型和V-F型A/D转换器
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-第十一周--第十一周作业
-I-概述、电路设计及功能仿真
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-II-指定芯片及时序仿真
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-III-选外设（自动化）、锁定引脚并生成下载文件
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-IV-电路扩展设计
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-V-用Verilog描述状态机电路
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