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The following figure shows the CMOS inverter circuit, which is composed of two enhanced MOSFET, one N-channel structure…

A. VDD= (VTN-|VTP|) B. VDD> (VTN+|VTP|) C. VDD < VTN+|VTP|) D. VDD= (VTN+|VTP|)
题目配图 题目配图
单选题 中等 笔试真题单选

参考答案

正确选项为B。CMOS反相器由增强型NMOS和PMOS组成,要求输入高电平时NMOS导通、PMOS截止,输入低电平时NMOS截止、PMOS导通。NMOS的阈值电压VTN为正,PMOS的阈值电压VTP为负,其绝对值|VTP|为正。当输入为高电平VDD时,NMOS的栅源电压Vgs=VDD,需满足VDD > VTN才能导通;PMOS的栅源电压Vgs=VDD-VDD=0,需满足0 > VTP(即VTP < 0),由于VTP本身为负,此条件自动成立,但PMOS的源极(接VDD)与栅极(接VDD)等电位,PMOS处于截止状态。当输入为低电平0时,NMOS的Vgs=0 < VTN,NMOS截止;PMOS的Vgs=0-VDD=-VDD,需满足-VDD < VTP(即VDD > |VTP|)才能使PMOS导通。因此,为保证输入高低电平时两个管子都能可靠开关,必须同时满足VDD > VTN和VDD > |VTP|,即VDD > VTN + |VTP|。若VDD ≤ VTN + |VTP|,当输入为高电平时,NMOS可能不完全导通(若VDD接近VTN),或PMOS无法完全关断(若VDD过小导致PMOS的|Vgs|小于|VTP|而仍有导通电流),导致静态功耗增加甚至逻辑错误;当输入为低电平时,PMOS可能无法完全导通(若VDD ≤ |VTP|)。因此VDD必须严格大于VTN与|VTP|之和。选项A和D的等式条件仅能维持临界导通,但实际电路中存在工艺偏差和噪声,临界状态不可靠;选项C的不等式方向反了,会导致电路无法正常工作。

涉及知识点

  • CMOS反相器工作原理
  • NMOS与PMOS阈值电压特性
  • 电源电压VDD的约束条件
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