6.7 CMOS 인버터 - 회로의 예 (CMOS INVERTER—A CIRCUIT EXAMPLE) (1)

6.7.1 전압 전달 특성(VTC)

그림 6.13 (a) CMOS inverter; (b) IV characteristics of NFET and PFET; and (c) Vout = VdsN = 2V + VdsP according to (a).

 

 > CMOS 인버터의 NFET와 PFET의 IV 특성은 그림 6.13 (b)와 같다. 

 

 > NFET와 PFET의  IV 특성이 동일한 대칭이라고 가정하면 VdsP = Vout - 2V, VdsN = Vout이다. 

 

 > Vout을 기준으로 다시 그리면 그림 6.13 (c) 와 같다. 

 

 > Vin = 0V에 해당하는 두 곡선은 Vout = 2V에서 만나고 Vin = 0V는 약 Vout = 1.9V에서 만난다, (Vin은 점선, 실선)

 

 > 이렇게 만나는 점을 모두 표현하면 그림 6.14와 같은 곡선으로 표현되고 전압 전달 곡선 (Voltage Transfer Curve)라고 한다. 

 

그림 6.14 The VTC of a CMOS inverter

 

 > VTC는 디지털 회로의 잡음 여유(Noise Margin)을 보여준다. 

 

 > NFET의 Vt 값에 크게 상관없이 Vout 은 Vdd값을 갖고 PFET의 Vt 값에 크게 상관없이 Vout은 0V를 갖는다. 

 

 > 나빠진 입력에 대해서도 인버터에선 0과 1 출력을 만들 수 있다. 

 

 > 바람직한 VTC의 소자 특성은 1. 큰 gm(Swing) 2. 낮은 Ioff 3. 포화영역에서 낮은 ∂ Ids / ∂ Vd 이다. 

 

 > VTC의 가파른 변화 영역이 Vin = Vdd/2에 최대한 가까이 있는 것이 최선이며 이를 위해선 NFET, PFET의 IV Curve가 대칭이어야 한다. 

 

 > 이를 위해 PFET의 W를 NFET 2 배정도 가져간다. (Mobility가 약 2배 차이 나기 때문)

 

 

 

Reference 

-. Chenming Calvin Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, PEARSON(2013)