湖南大学2016春季微电子电路期中考试讲解

1、期中考试期中考试微电子电路微电子电路填空填空题题简答题简答题分析应用题分析应用题填空题填空题1、TTL晶体管是（晶体管是（电流）控制控制元件，元件，同时它也同时它也是（是（双）极型元极型元件，因为其由件，因为其由（多子）和和（少子）参与工作。参与工作。2、CMOS晶体管是（晶体管是（电压）控）控制元件，同时它也是（制元件，同时它也是（单）极型）极型元件，因为其只有（元件，因为其只有（多子）参与）参与工作。工作。3、CMOS非门的主要参数有非门的主要参数有（阈值电压）、（噪声容限）、（工作频率）等。等。填空题填空题4、NMOS管工作于非截止的边管工作于非截止的边界条件是（界条件是（VGSVT），

2、），其工作于其工作于临界饱和的条件是临界饱和的条件是（VGSVT,VDs=VGS-VT）。）。参见教材参见教材P285、构成、构成CMOS逻辑门电路一般逻辑门电路一般是采用是采用（增强）型的型的MOS管。管。6、复杂逻辑门电路是由、复杂逻辑门电路是由PDN和和PUN构成，其中构成，其中PUN是是（增强型PMOS）型晶体管，型晶体管，PDN是是（增强型NMOS）型晶体管。型晶体管。简答题简答题1、简述增强型、简述增强型NMOS管的工作管的工作原理。原理。当施加在栅极上的电压为当施加在栅极上的电压为0时，源极和栅极被中间时，源极和栅极被中间的的p型区隔开，源和漏之间相当于两个背靠背的型区隔开，源和

3、漏之间相当于两个背靠背的pn结结，在这种情况下，即使在源和漏之间加一定的电，在这种情况下，即使在源和漏之间加一定的电压，也没有明显的电流，只有一个很小的压，也没有明显的电流，只有一个很小的pn结反向结反向饱和电流；饱和电流；当在栅极施加足够大的当在栅极施加足够大的正电压正电压时（时（VG0）后，使栅）后，使栅极下方的极下方的p型硅型硅表面强反型表面强反型（达到阈值电压（达到阈值电压VT），），源区和漏区之间会形成源区和漏区之间会形成n型的型的导电沟道导电沟道。这时如果。这时如果在漏源之间加在漏源之间加偏置电压偏置电压VDS，电子会从源极向漏极运，电子会从源极向漏极运动，形成电流。动，形成电流。

4、参照教材参照教材P24&28简答题简答题1、简述增强型、简述增强型NMOS管的工作管的工作原理。原理。简答题简答题2、简述、简述CMOS非门的工作原理非门的工作原理及其及其VTC电压传输特性曲线。电压传输特性曲线。若输入为若输入为“1 1”(Vin= VDD)(Vin= VDD)：V VGSGSN = VDD N = VDD ， V VGSGSP = 0VP = 0VNMOSNMOS导通，导通，PMOSPMOS截止截止输出输出“0 0” (Vout = 0V (Vout = 0V) )参照教材参照教材P57P57简答题简答题2、简述、简述CMOS非门的工作原理非门的工作原理及其及其VT

5、C电压传输特性曲线。电压传输特性曲线。Vin=VVin=VTNTN的垂直线的垂直线：NMOSNMOS截止截止/ /导通导通Vin=VDD+VVin=VDD+VTPTP的垂直线的垂直线：PMOSPMOS导通导通/ /截止截止VinVinV VTNTN=Vout=Vout的斜线的斜线：NMOSNMOS饱和区饱和区/ /线性区线性区VinVinV VTPTP=Vout=Vout的斜线的斜线：PMOSPMOS线性区线性区/ /饱和饱和参照教材参照教材P59P59简答题简答题3、试比较、试比较TTL和和CMOS晶体管。晶体管。1 1）TTLTTL电路是电流控制器件，而电路是电流控制器件，而comscom

6、s电路是电压控制器件。电路是电压控制器件。 2 2）TTLTTL电路的速度快，传输延迟电路的速度快，传输延迟时间短时间短(5-10ns)(5-10ns)，但是功耗大。，但是功耗大。COMSCOMS电路的速度慢，传输延迟电路的速度慢，传输延迟时间长时间长(25-50ns),(25-50ns),但功耗低。但功耗低。COMSCOMS电路本身的功耗与输入信电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越芯片集越热。热。3 3）MOSMOS晶体管可以双向传输信号晶体管可以双向传输信号，其源、漏端（有相同的结构），其源、漏端（有相同的结构）是根据电位高低确定的，而双极

7、是根据电位高低确定的，而双极晶体管则不同。晶体管则不同。简答题简答题4、简述基于、简述基于Hspice仿真平台的仿真平台的基本设计仿真过程。基本设计仿真过程。1 1、编写源代码。按照、编写源代码。按照实验要求，实验要求，第一步、搭建电路第一步、搭建电路第二步、以可编辑方式打开需要仿真的电路第二步、以可编辑方式打开需要仿真的电路第三步、创建仿真文件，该文件以第三步、创建仿真文件，该文件以.sp.sp为后缀进行保存；首先调用网表文件；然后开为后缀进行保存；首先调用网表文件；然后开始加激励；接下来确定仿真类型；添加显示语句；调入模型；最后在网表的结尾加始加激励；接下来确定仿真类型；添加显示语句；调入

8、模型；最后在网表的结尾加上上.end.end2 2、打开打开HSpiceHSpice软件软件平台平台，依次点击，依次点击FileFile，OpenOpen，选中编写好的，选中编写好的.sp.sp文件文件“打开打开”。3 3、编译与调试、编译与调试。点击。点击SimulateSimulate编译，若结果编译，若结果有错误或警告，则将要调试修改直至文有错误或警告，则将要调试修改直至文件编译成功。件编译成功。4 4、 仿真运行仿真运行及验证。在编译成功后，及验证。在编译成功后，点击点击SputilSputil开始开始仿真运行仿真运行。5 5、选择要显示的数据。、选择要显示的数据。6 6、仿真平台各结

9、果信息说明、仿真平台各结果信息说明。简答题简答题5、简述、简述CMOS传输门电路构成传输门电路构成及其工作原理。及其工作原理。NMOSNMOS传输管传输传输管传输高电平有阈值损失高电平有阈值损失；PMOSPMOS传输管传输传输管传输低电平有阈值损失低电平有阈值损失；CMOSCMOS传输门利用各自的优点，实现传输门利用各自的优点，实现无损失电平传输无损失电平传输；参照教材参照教材P88P88分析应用题分析应用题1、分析图、分析图1的的CMOS电路，电路，F(A,B,C,D)=?试画图由其构成异试画图由其构成异或门电路？或门电路？分析应用题分析应用题参照教材参照教材P86分析应用题分析应用题4、试

10、分析图、试分析图3的逻辑功能的逻辑功能S1S0Y00D001D110D211D3真值表真值表故该数字电路的逻辑功故该数字电路的逻辑功能为四选一能为四选一分析应用题分析应用题5、试分析图、试分析图4的逻辑功能的逻辑功能真值表真值表分析应用题分析应用题5、试分析图、试分析图4的逻辑功能的逻辑功能参考教材参考教材P103please let me fly in the skyplease let me fly in the sky按工艺按工艺划分划分双极集成双极集成电路电路饱和型饱和型TTLTTL非饱和型非饱和型ECLECLMOSMOS集成集成电路电路PMOSICPMOSICNMOSICNMOSIC

11、CMOS-ICCMOS-ICTTL晶体管晶体管please let me fly in the skyplease let me fly in the skyTTLTTL电路是电路是晶体管晶体管- -晶体管逻辑电路晶体管逻辑电路的英文缩写（的英文缩写（Transister-Transister-Logic Transister-Transister-Logic ），是数字集成电路的一大），是数字集成电路的一大门类。它采用门类。它采用双双极型极型工艺工艺制造，具有高速度低功耗和制造，具有高速度低功耗和品种多等特点。品种多等特点。参考参考教材教材P5CMOS管管please let me fly

12、in the skyplease let me fly in the skyCMOSCMOS是是: :金属金属- -氧化物氧化物- -半导体半导体(Metal-Oxide-(Metal-Oxide-Semiconductor)Semiconductor)结构的晶体管简称结构的晶体管简称MOSMOS晶体管，晶体管，有有P P型型MOSMOS管和管和N N型型MOSMOS管管 之分。由之分。由 MOS MOS管构成的集管构成的集成电路称为成电路称为MOSMOS集成电路，而由集成电路，而由PMOSPMOS管和管和NMOSNMOS管共管共同构成的互补型同构成的互补型MOSMOS集成电路即为集成电路即为

13、 CMOS-IC CMOS-IC（ Complementary MOS Integrated Circuit Complementary MOS Integrated Circuit）。）。TTL晶体管晶体管&CMOS管管在电路理论中，有一种器件叫做在电路理论中，有一种器件叫做受控源受控源，受控源分为，受控源分为电压控制型和电流控制型。电压控制型器件，就是说电压控制型和电流控制型。电压控制型器件，就是说无论该器件的输出是什么（电压或电流），它的输出无论该器件的输出是什么（电压或电流），它的输出都是受输入端的电压大小控制的。而同样，电流控制都是受输入端的电压大小控制的。而同样，电流控制型

14、器件，无论它的输出是什么，它的输出都是受输入型器件，无论它的输出是什么，它的输出都是受输入端的电流大小控制的。端的电流大小控制的。TTLTTL是由是由晶体管构成晶体管构成，而晶体管是，而晶体管是电流控制型电流控制型的。的。COMSCOMS是由是由场效应管场效应管MOSFETMOSFET构成的，而场效应管是构成的，而场效应管是电电压控制型压控制型的。的。阈值电压阈值电压V VT T定义为沟道区源端半导体表面定义为沟道区源端半导体表面到达强反型到达强反型所需要的所需要的栅压栅压；故故它是它是MOSFETMOSFET导通和截止的导通和截止的分界点分界点，在数字，在数字电路中，电路中，MOSFETMO

15、SFET的导通和截止又决定了的导通和截止又决定了电路的开、电路的开、关状态关状态；参见教材参见教材P26P26工作频率工作频率当当信号频率较高信号频率较高时，例如在时，例如在MOSMOS结构上加一阶跃脉冲结构上加一阶跃脉冲或高频正弦形成的正电压时，反型层中电子的数量变或高频正弦形成的正电压时，反型层中电子的数量变化跟不上高频信号的变化，只能通过耗尽层向半导体化跟不上高频信号的变化，只能通过耗尽层向半导体内延伸而产生大量负电荷来满足中性条件。内延伸而产生大量负电荷来满足中性条件。参见教材参见教材P23P23是指在前一极输出为是指在前一极输出为最坏的情况最坏的情况下，为保证后一极正下，为保证后一极

16、正常工作，所允许的最大噪声常工作，所允许的最大噪声幅度幅度 。在数字电路中，一。在数字电路中，一般常以般常以“1”1”态下（上）限噪声容限和态下（上）限噪声容限和“0”0”态上（下态上（下）限噪声容限中的最小值来表示电路（或元件）的噪）限噪声容限中的最小值来表示电路（或元件）的噪声容限。噪声容限越大说明容许的噪声越大，电路的声容限。噪声容限越大说明容许的噪声越大，电路的抗干扰性抗干扰性越好越好。噪声容限噪声容限例如例如：电路额定高电平和低电平分别是：电路额定高电平和低电平分别是2.4v2.4v和和0.4v0.4v，最，最小可识别电平（即临界可识别电平）是小可识别电平（即临界可识别电平）是2v2

17、v和和0.8v0.8v。即。即系统本身高电平识别是系统本身高电平识别是2.4v2.4v，但若一个信号受噪声叠，但若一个信号受噪声叠加后呈现是加后呈现是2v2v的电压，此时也可识别为高电平；低电的电压，此时也可识别为高电平；低电平额定识别是平额定识别是0.4v0.4v，若一个信号受噪声叠加后呈现，若一个信号受噪声叠加后呈现0.8v0.8v的电压时，也可以识别出是低电平。的电压时，也可以识别出是低电平。根据根据零栅零栅压时是否存在压时是否存在导电沟道可将导电沟道可将MOSFETMOSFET分为增强分为增强型和耗尽型两类；型和耗尽型两类；必须在栅极施加必须在栅极施加电压电压才能形成沟道的器件成为才能

18、形成沟道的器件成为增强型增强型MOSFETMOSFET ；必须在栅极施加必须在栅极施加偏压偏压才能使沟道内载流子耗尽从而关断才能使沟道内载流子耗尽从而关断的器件称为的器件称为耗尽型耗尽型MOSFETMOSFET；（由于栅金属和半导体功；（由于栅金属和半导体功函数差、氧化层中电荷等原因）函数差、氧化层中电荷等原因）参考教材参考教材P24P24增强型增强型&耗尽型耗尽型例如例如：CMOSCMOS反相器，反相器，如果使用耗尽型的如果使用耗尽型的cmoscmos管，当管，当没有电压输入或低电压时，输出没有电压输入或低电压时，输出端端可能可能会会输出高输出高电平电平，故故应使用增强型应使用增强型mosmos管管；PDNPDN由由NMOSNMOS器件构成，而器件构成，而PUNPUN由由PMOSPMOS器件构成。理由器件构成。理由是是NMOSNMOS管产生管产生“强强0 0”而而PMOSPMOS管产生管产生“强强1 1”;”;PUN&PDN在数字电路中，在数字电路中，MOSMOS器件是器件是作为作为开关开关使用，