Signifikanz der -1-Steigung in den CMOS-Wechselrichter-Übertragungseigenschaften

Dies scheint die Standardlehrbuchdefinition von VIH und VIL zu sein. Die Verwendung einer Steigung von -1 als Grenze ist sinnvoller, wenn Sie sich Inverter als Verstärker vorstellen und bedenken, dass der Eingang etwas Rauschen haben wird:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Zurück zu Ihrem Diagramm: Wenn die Eingangsspannung zwischen VIH und VIL liegt, wird jedes Rauschen verstärkt. Wenn das Signal viele Tore durchläuft (was wahrscheinlich der Fall sein wird), könnte das Rauschen genug verstärkt werden, um ein bisschen umzukehren. Dies führt zur Definition der Rauschgrenzen für den Wechselrichter:

So ist zumindest mein Verständnis. Ich habe einige Quellen gefunden, die besagten, dass die Wahl einer Steigung von -1 als Schwellenwert die Summe der Rauschgrenzen maximiert$(NM_H + NM_L)$, aber ich bin mir nicht sicher, wie das funktioniert.

Es scheint eine Menge Diskussionen zwischen Lehrbüchern und Akademikern darüber zu geben, wie man am besten definiert$V_{OH}$Und$V_{OL}$. Einige Quellen definieren sie als die äußersten Grenzen der Ausgangsspannungen, während andere die gleiche Steigungsdefinition von -1 wie die Eingangsschwellenwerte verwenden. (Letzteres scheint formal korrekter zu sein.) Ich habe sogar ein IEEE-Papier gefunden , das behauptet, dass alle Definitionen falsch sind, einschließlich der Eingabeschwellenwerte!

Ich habe keine Lösung für all das, außer zu sagen, dass die Bedeutung der -1-Steigung definitiv mit Rauschgrenzen zu tun hat. Ich glaube, das beantwortet die ursprüngliche Frage.

Obwohl ich nicht sicher sein kann, da Sie keinen Kontext oder Links zur Originalquelle angegeben haben, würde ich vermuten, dass dies Teil einer Diskussion darüber ist, wie drei Begriffe quantifiziert werden: Eingangshoch, Eingangstief und Mittelspannung.

Was der Autor getan zu haben scheint, ist die Position einzunehmen, dass es für eine Logikschaltung hohe und niedrige Eingangs-/Ausgangsregime gibt, in denen eine Änderung des Eingangs wenig oder keine Auswirkung auf den Ausgang hat, und einen mittleren Bereich, in dem sich der Ausgang befindet reagiert empfindlich auf Eingangsänderungen. Anscheinend hat sich der Autor dafür entschieden, die oberen und unteren Schwellenwerte des Eingangs als diejenigen zu definieren, bei denen die Änderung des Eingangs gleich der Änderung des Ausgangs ist - wobei die Steigung des Eingangs gegenüber dem Ausgang -1 ist. Der Mittelpunkt, an dem der Eingang gleich dem Ausgang ist, liegt offensichtlich dort, wo die Kurve die Linie Vin = Vout schneidet; mit anderen Worten, wo es eine Linie mit Steigung = 1 schneidet, die den Ursprung schneidet.

Dies ist ein verallgemeinerter Ansatz zur Analyse von Antwortkurven und hat den Vorteil, dass Kurven, die nicht ideal sind, einheitlich behandelt werden. Ein idealer Wechselrichter hat zum Beispiel eine Eingangs-/Ausgangskurve mit flachen in den hohen und niedrigen Bereichen und einem vertikalen Übergangsbereich. Für solche Geräte sind Vil, Vm und Vih gleich. Aber echte Geräte haben keinen unendlichen Gewinn, und Ihre Figur scheint eine Möglichkeit zu sein, damit umzugehen.

Beachten Sie, dass dies nicht die einzige Möglichkeit ist, das Problem zu lösen. Sie könnten beispielsweise die Übergangspunkte als diejenigen definieren, die Ausgaben von 10 % und 90 % des Ausgabebereichs erzeugen, und Vm als den 50 %-Punkt. Oder jede andere Gruppe von Werten, die Sie mögen.

Der Kommentar "Steigung = 1" zeigt an, dass die diagonale Linie den Punkt zeigt, an dem Vin = Vout ist. Wenn man zwei Inverter in einer Back-to-Back-Konfiguration hat, um eine Latch-Schaltung zu bilden (um den Latch-Zustand zu ändern, verwenden Sie stärkere Transistoren, um die Latch-Transistoren zu überwältigen), könnten beide Inverter auf unbestimmte Zeit auf dieser genauen Spannung sitzen. Wenn der Eingang eines Wechselrichters etwas höher wäre, würde dies dazu führen, dass sein Ausgang (der Eingang des anderen Wechselrichters) etwas niedriger wird, was wiederum dazu führen würde, dass der Ausgang dieses Wechselrichters (der Eingang des ersten Wechselrichters) höher wird usw Latch, um vollständig zu schalten, aber wenn die Spannungen beide unendlich nahe an der Spannung Vin = Vout liegen, könnte das Schalten beliebig lange dauern.

Die Stellen, an denen die Steigung der Übertragungsfunktion -1 ist, definieren Vil, Voh und Vih, obwohl nicht ganz klar ist, ob die Stelle, an der der Slop die negative Einheit passiert, eine besondere Bedeutung hat, abgesehen von der Tatsache, dass an jedem Tor mit wessen Übertragungsfunktion zweite Ableitung monoton ist und dessen Ausgangsspannungsbereich so groß ist wie sein Eingangsspannungsbereich, wird solche Punkte haben.

Ich sehe auch keine besondere Bedeutung in den Punkten mit einer Steigung von -1. Der wichtigste Punkt dieser Übertragungskurve ist der Punkt "VM", wo Eingangsspannung = Ausgangsspannung ist. Diese Eigenschaft der CMOS-Übertragungskurve wird verwendet, um die CMOS-Einheit vorzuspannen und sie als "linearen" Verstärker zu verwenden, da dieser Punkt - mehr oder weniger - in der Mitte des quasilinearen Teils der Übertragungskurve liegt. Einfaches Vorspannen ist unter Verwendung eines großen Widerstands zwischen Eingang und Ausgang des CMOS-Bauelements möglich. Dies ergibt einen stabilen Arbeitspunkt zur Verstärkung eines Eingangssignals - entweder verbunden über einen Koppelkondensator oder über einen zusätzlichen Widerstand. Im letzteren Fall ist die Verstärkung aufgrund der negativen Rückkopplung kleiner, hat aber einen Wert, der durch die Widerstandswerte ausgewählt (und festgelegt) werden kann (Opamp-Prinzip).

Der Ausgang bleibt relativ unbeeinflusst von Rauschen, wenn die Verstärkung des Kleinsignalmodells (dVout/dvin) der Schaltung unter Eins bleibt. In der Figur beginnt die Steigung des VTC bei Null, wird oberhalb von VIL negativer und nähert sich wieder Null, wenn Vin > VIH. Aus diesem Grund betrachten einige Designer die Grenzen des Randrauschens bei Steigung = -1.