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1 Introduction to Microelectronics 1
1.1 Electronics versus Microelectronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Examples of Electronic Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Cellular Telephone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Digital Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 Analog versus Digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Basic Concepts􀀀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.1 Analog and Digital Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.2 Analog Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.3 Digital Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.4 Basic Circuit Theorems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Basic Physics of Semiconductors 19
2.1 Semiconductor Materials and Their Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.1 Charge Carriers in Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.2 Modification of Carrier Densities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.3 Transport of Carriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2 PN Junction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.1 PN Junction in Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.2 PN Junction Under Reverse Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2.3 PN Junction Under Forward Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2.4 I/V Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3 Reverse Breakdown􀀀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.3.1 Zener Breakdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.3.2 Avalanche Breakdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3 Diode Models and Circuits 56
3.1 Ideal Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.1.1 Initial Thoughts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.1.2 Ideal Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.3 Application Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2 PN Junction as a Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.3 Additional Examples􀀀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.4 Large-Signal and Small-Signal Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5 Applications of Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.5.1 Half-Wave and Full-Wave Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.5.2 Voltage Regulation􀀀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.5.3 Limiting Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.5.4 Voltage Doublers􀀀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.5.5 Diodes as Level Shifters and Switches􀀀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4 Physics of Bipolar Transistors 116
4.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.2 Structure of Bipolar Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.3 Operation of Bipolar Transistor in Active Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.3.1 Collector Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.3.2 Base and Emitter Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.4 Bipolar Transistor Models and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.4.1 Large-Signal Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.4.2 I/V Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.4.3 Concept of Transconductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.4.4 Small-Signal Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.4.5 Early Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.5 Operation of Bipolar Transistor in Saturation Mode . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.6 The PNP Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.6.1 Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.6.2 Large-Signal Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.6.3 Small-Signal Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5 Bipolar Amplifiers 165
5.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.1.1 Input and Output Impedances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.1.2 Biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.1.3 DC and Small-Signal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.2 Operating Point Analysis and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.2.1 Simple Biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.2.2 Resistive Divider Biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.2.3 Biasing with Emitter Degeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.2.4 Self-Biased Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
5.2.5 Biasing of PNP Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
5.3 Bipolar Amplifier Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.3.1 Common-Emitter Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.3.2 Common-Base Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
5.3.3 Emitter Follower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
5.4 Summary and Additional Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
6 Physics of MOS Transistors 266
6.1 Structure of MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
6.2 Operation of MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
6.2.1 Qualitative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
6.2.2 Derivation of I/V Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
6.2.3 Channel-Length Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
6.2.4 MOS Transconductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
6.2.5 Velocity Saturation􀀀 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
6.2.6 Other Second-Order Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
6.3 MOS Device Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
6.3.1 Large-Signal Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
6.3.2 Small-Signal Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
6.4 PMOS Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
6.5 CMOS Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
6.6 Comparison of Bipolar and MOS Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
7 CMOS Amplifiers 304
7.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
7.1.1 MOS Amplifier Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
7.1.2 Biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
7.1.3 Realization of Current Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
7.2 Common-Source Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
7.2.1 CS Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
7.2.2 CS stage With Current-Source Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
7.2.3 CS stage With Diode-Connected Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
7.2.4 CS Stage With Degeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
7.2.5 CS Core With Biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
7.3 Common-Gate Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
7.3.1 CG Stage With Biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
7.4 Source Follower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
7.4.1 Source Follower Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
7.4.2 Source FollowerWith Biasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
7.5 Summary and Additional Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
8 Operational Amplifier As A Black Box 353
8.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
8.2 Op-Amp-Based Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
8.2.1 Noninverting Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
8.2.2 Inverting Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
8.2.3 Integrator and Differentiator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
8.2.4 Voltage Adder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
8.3 Nonlinear Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
8.3.1 Precision Rectifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
8.3.2 Logarithmic Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
8.3.3 Square-Root Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
8.4 Op Amp Nonidealities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
8.4.1 DC Offsets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
8.4.2 Input Bias Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
8.4.3 Speed Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
8.4.4 Finite Input and Output Impedances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
8.5 Design Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
9 Cascode Stages and Current Mirrors 394
9.1 Cascode Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
9.1.1 Cascode as a Current Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
9.1.2 Cascode as an Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
9.2 Current Mirrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
9.2.1 Initial Thoughts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
9.2.2 Bipolar Current Mirror . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
9.2.3 MOS Current Mirror . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
10 Differential Amplifiers 438
10.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
10.1.1 Initial Thoughts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
10.1.2 Differential Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
10.1.3 Differential Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
10.2 Bipolar Differential Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
10.2.1 Qualitative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
10.2.2 Large-Signal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
10.2.3 Small-Signal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
10.3 MOS Differential Pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
10.3.1 Qualitative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
10.3.2 Large-Signal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
10.3.3 Small-Signal Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
10.4 Cascode Differential Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
10.5 Common-Mode Rejection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
10.6 Differential Pair with Active Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
10.6.1 Qualitative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
10.6.2 Quantitative Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
11 Frequency Response 504
11.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
11.1.1 Relationship Between Transfer Function and Frequency Response . . . . 506
11.1.2 Bode Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
11.1.3 Association of Poles with Nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
11.1.4 Miller’s Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
11.2 High-Frequency Models of Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
11.2.1 High-Frequency Model of Bipolar Transistor . . . . . . . . . . . . . . . 512
11.2.2 High-Frequency Model of MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
11.2.3 Transit Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
11.3 Frequency Response of CE and CS Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
11.3.1 Use of Miller’s Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
11.3.2 Direct Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
11.3.3 Input Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
11.4 Frequency Response of CB and CG Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
11.5 Frequency Response of Followers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
11.5.1 Input and Output Impedances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
11.6 Frequency Response of Cascode Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
11.6.1 Input and Output Impedances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
11.7 Frequency Response of Differential Pairs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
12 Feedback 547
12.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
12.1.1 Loop Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
12.2 Properties of Negative Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
12.2.1 Gain Desensitization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
12.2.2 Bandwidth Extension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
12.2.3 Modification of I/O Impedances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
12.2.4 Linearity Improvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
12.3 Types of Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
12.3.1 Simple Amplifier Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
12.3.2 Examples of Amplifier Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
12.4 Sense and Return Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
12.5 Polarity of Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
12.6 Feedback Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
12.6.1 Voltage-Voltage Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
12.6.2 Voltage-Current Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
12.6.3 Current-Voltage Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
12.6.4 Current-Current Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
12.7 Effect of Finite I/O Impedances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581
12.7.1 Inclusion of I/O Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
12.8 Stability in Feedback Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
12.8.1 Review of Bode’s Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
12.8.2 Problem of Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
12.8.3 Stability Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598
12.8.4 Phase Margin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601
12.8.5 Frequency Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
12.8.6 Miller Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
13 Output Stages and Power Amplifiers 623
13.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
13.2 Emitter Follower as Power Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
13.3 Push-Pull Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
13.4 Improved Push-Pull Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
13.4.1 Reduction of Crossover Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
13.4.2 Addition of CE Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
13.5 Large-Signal Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
13.5.1 Biasing Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
13.5.2 Omission of PNP Power Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
13.5.3 High-Fidelity Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
13.6 Short-Circuit Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
13.7 Heat Dissipation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
13.7.1 Emitter Follower Power Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
13.7.2 Push-Pull Stage Power Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
13.7.3 Thermal Runaway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
13.8 Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
13.8.1 Efficiency of Emitter Follower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
13.8.2 Efficiency of Push-Pull Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
13.9 Power Amplifier Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
14 Analog Filters 656
14.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
14.1.1 Filter Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
14.1.2 Classification of Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
14.1.3 Filter Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
14.1.4 Problem of Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
14.2 First-Order Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
14.3 Second-Order Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667
14.3.1 Special Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 668
14.3.2 RLC Realizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671
14.4 Active Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
14.4.1 Sallen and Key Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
14.4.2 Integrator-Based Biquads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681
14.4.3 Biquads Using Simulated Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685
14.5 Approximation of Filter Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690
14.5.1 Butterworth Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690
14.5.2 Chebyshev Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695
15 Digital CMOS Circuits 707
15.1 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707
15.1.1 Static Characterization of Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708
15.1.2 Dynamic Characterization of Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714
15.1.3 Power-Speed Trade-Off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
15.2 CMOS Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719
15.2.1 Initial Thoughts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719
15.2.2 Voltage Transfer Characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721
15.2.3 Dynamic Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726
15.2.4 Power Dissipation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
15.3 CMOS NOR and NAND Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734
15.3.1 NOR Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734
15.3.2 NAND Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737
A Introduction to SPICE 746
A.1 Simulation Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 746
A.2 Types of Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748
A.2.1 Operating Point Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 749
A.2.2 Transient Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 749
A.2.3 DC Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752
A.3 Element Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753
A.3.1 Current Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753
A.3.2 Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754
A.3.3 Bipolar Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756
A.3.4 MOSFETs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758
A.4 Other Elements and Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761
A.4.1 Dependent Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761
A.4.2 Initial Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762 |
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