校招基礎——CMOS管


1、CMOS/TTL/ECL電路的比較

補充:CMOS和TTL電路的區別是什么?

  1. 構:CMOS電路由場效應管,TTL由雙極性晶體管構成。
  2. 電平范圍:CMOS邏輯電平范圍大(5~15V),TTL只工作在5V以下,因此CMOS噪聲容限比TTL大,抗干擾能力強。
  3. 功耗與速率:CMOS的功耗比TTL小,但工作頻率低於TTL。

 

2、TTL和CMOS邏輯之間能互聯嗎?

 

 

3、硬件電路如何實現線與功能?

線與:將兩個門的輸出信號並聯實現“與”的功能。通常OD來實現,同時在輸出端口加一個上拉電阻。(OC門也可以線與)

注意:不接上拉電阻的話會造成短路燒壞電路。(例如IIC的SCL和SDA)

 

 

4、CMOS門為什么不能線與

 

 

 

5、畫出CMOS非們電壓電流傳輸特性?

 

 

6、單管傳輸門和雙管傳輸門的區別?

 

7、畫出非門和受控非門的CMOS電路?

 

8、畫出與非門和受控與非門的CMOS電路

 

 

 

9、PMOS和NMOS搭Y=AB+CD的電路

 

 

10、什么是NMOS、PMOS、CMOS?什么是增強型、耗盡型?什么是PNP、NPN?他們有什么差別?(仕蘭微面試題目)

NMOS:這種類型的MOS管采用P型襯底,導電溝道是N型。

PMOS:這種類型的MOS管采用N型襯底,導電溝道是P型。

增強型與耗盡型的區別:

(1)原理不同:耗盡型在G端不加電壓都存在導電溝道,而增強型只有在開啟后,才會出現導電溝道。

(2)控制方法不一樣:耗盡型UGS可以用正、零、負電壓控制導通,而增強型必須使得UGS>UGS(th)才行,一般的增強型NMOS,都是正電壓控制的。

 

11、描述CMOS電路中閂鎖效應產生的過程及最后的結果?

閂鎖效應是CMOS工藝所特有的寄生效應,嚴重會導致電路的失效,甚至燒毀芯片。 閂鎖效應是由NMOS的有源區、P襯底、N阱、PMOS的有源區構成的n-p-n-p結構產生的,當其中一個三極管正偏時,就會構成正 反饋形成閂鎖。避免閂鎖的方法就是要減小襯底和N阱的寄生電阻,使寄生的三極管不會處於正偏狀態。靜電是 一種看不見的破壞力,會對電子元器件產生影響。ESD 和相關的電壓瞬變都會引起閂鎖效應(latch-up)是半導體器件失效的主要原因之一。如果有一個強電場施加在器件結構中的氧化物薄膜上,則該氧化物薄膜就會因介質擊穿而損壞。很細的金屬化跡線會由於大電流而損壞,並會由於浪涌電流造成的過熱而形成開路。這就是所謂的“閂鎖效應”。

在閂鎖情況下,器件在電源與地之間形成短路,造成大電流、EOS(電過載)和器件損壞。

 

12、CMOS數字設計中,為什么PMOS的尺寸通常高於NMOS的尺寸?

PMOS中,載流子是空穴,其遷移率小於NMOS中的載流子,電子。這意味着PMOS比NMOS慢。在CMOS技術中,NMOS將輸出下拉至地,PMOS將輸出上拉至VDD,如果PMOS和NMOS的大小相同,則PMOS需要更長時間才能對輸出節點充電。所有這些都是為了輸出節點的上升時間和下降時間相等。

 

13、相同面積的CMOS與非門和或非門哪一個更快?

電子遷移率是空穴的2.5倍,運算就是用這些大大小小的MOS管驅動后一級的負載電容,翻轉速度和負載大小的前一級驅動能力相關。為了上升延遲和下降延遲相同,PMOS需要做成NMOS兩倍多大小。

載流子的遷移率,對PMOS而言,載流子是空穴,對NMOS而言,載流子是電子。

PMOS采用空穴導電,NMOS采用電子導電,由於PMOS的載流子的遷移率比NMOS的遷移率小,所以同樣尺寸條件下,PMOS的充電時間要大於NMOS的充電時間長,在互補CMOS電路中,與非門是PMOS管並聯,NMOS管串聯,而或非門正好相反,所以同樣尺寸條件下,與非門速度快,所以,在互補CMOS電路中,優先選擇與非門。

 

14、為什么一個標准的倒相器中P管的寬長比要比N管的寬長比大?

和載流子有關,P管是空穴導電,N管是電子導電,電子的遷移率大於空穴,同樣的電場下,N管的電流大於P管,因此要增大P管的寬長比,使之對稱,這樣才能使得兩者上升時間下降時間相等、高低電平的噪聲容限一樣、充電放電的時間相等。

 

 

15CMOS反相器電路由(B)器件組成

A、一個NPN管和一個PNP管    B、一個NMOS管和一個PMOS管

C、兩個NMOS管      D、一個NMOS管和NPN管

 

16、畫出AB+C的CMOS電路的晶體管級電路圖?

這類問題無疑例外都是一樣的解法,算式化成非門、與非門、或非門形式即可畫出。

(1)算式分析Y=AB+C=((AB)’C’)’;

(2)AB輸入與非門;

(3)C輸入反相器

(4)2)(3)結果再輸入與非門

畫電路圖的時候,為了節省時間,可以用簡便畫法,是不會扣分的,如下所示:

 

17、CMOS的功耗組成是什么樣的?

功耗組成:動態功耗和靜態功耗組成;

1、動態功耗:開關功耗和短路功耗;

開關功耗:電路在開關過程中對輸出節點的負載電容充放電所消耗的功耗。

短路功耗:電源到地的直流導通電流

2、靜態功耗:主要是漏電流引起的功耗

 

18、畫出CMOS的圖,畫出tow-to-one muxgate.?

Y=SA+S’B 利用與非門和反相器,進行變換后Y=((SA)’*(S’A)’)’,三個與非門,一個反相器。也可以用傳輸門來實現數據選擇器或者是異或門。

 

 

19、提高CMOS場效應管頻率的方法有哪些?

(1)減小溝道長度;

(2)增大溝道表面的電阻遷移率;

(3)減小柵電容;

 

20、CMOS反相器的功耗主要包括哪幾部分?分別於哪些因素相關?

P_dynamic 是電路翻轉產生的動態功耗

P_short是P管和N管同時導通時產生的短路功耗

P_leakage 是由擴散區和襯底之間的反向偏置漏電流引起的靜態功耗

1)靜態功耗:CMOS反相器在靜態時,P、N管只有一個導通。由於沒有Vdd到GND的直流桐廬,所以 CMOS的靜態功耗應該等於零。但實際上,由於擴散區和襯底的PN結上存在反向漏電流,所以會產生靜態功耗。

2)短路功耗:CMOS電路在“0”和“1”的轉換過程中,P、N管會同時導通,產生一個由Vdd到VSS窄脈沖電流,由此引起功耗

3)動態功耗:C_L 這個CMOS反相器的輸出負載電容,由NMOS和PMOS晶體管的漏擴散電容、連線電容和扇出門的輸入電容組成。

 

21、CMOS管的含義是什么?(哈哈我同學被問到過)

互補金屬氧化物半導體型場效應管

 


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