Расчет динамических параметров КМОП-вентилей в зависимости от режимов эксплуатации

Переходные процессы в КМОП-вентилях обусловлены в основном перезарядом емкостей, входящих в состав нагрузки. Типичные значения суммарной емкости у вентилей, использующих транзисторы с длиной канала менее 1 мкм, не превышают 1 пФ.

Время переключения схемы из состояния логической единицы в состояние логического нуля определяют с помощью приближенного равенства.

Полученное выражение является приближенным. Его значение состоит в первую очередь в том, что оно позволяет оценивать влияние параметров цепи на время переключения. Если транзисторы в схеме вентиля согласованы, то время переключения из состояния логического нуля в состояние логической единицы также определяется данной формулой.

Из данной формулы следует, что для уменьшения времени переключения необходимо уменьшить суммарную емкость и увеличить напряжение питания. Однако при увеличении растет и мощность, потребляемая вентилем. Поэтому главный путь увеличения быстродействия — уменьшение емкости .

Другое важное свойство комплементарного вентиля заключается в очень малом потреблении энергии от источника питания в статическом режиме. Динамические потери, то есть мощность, рассеиваемая КМОП-инвертором при тактовой частоте f, определяются формулой.

Из последнего равенства следует, что для уменьшения динамических потерь необходимо уменьшать емкость нагрузки и напряжение питания схемы. Однако уменьшение напряжения приводит к снижению быстродействия. Поэтому главным путем повышения быстродействия и снижения потерь является уменьшение емкостей транзисторов и нагрузки.