001. 画出CMOS反相器的电路原理图。

衬底的连接问题。PMOS衬底接电源,NMOS衬底接地
002. 反相器的速度与哪些因素有关?什么是转换时间(transition time)和传播延迟(propagation delay)?
反相器的速度与哪些因素有关。
(1) 电容(负载电容、自载电容、连线电容)较小,漏端扩散区的面积应尽可能小。输入电容要考虑: (1)Cgs 随栅压而变化(2)密勒效应(3)自举效应
(2) 加大晶体管的尺寸(驱动能力),使晶体管的等效导通电阻(输出电阻)较小。但这同时加大自载电容和负载电容(下一级晶体管的输入电容)。
(3) 提高电源电压,提高电源电压可以降低延时,即用功耗换取性能但超过一定程度后改善有限。电压过高会引起可靠性问题(氧化层击穿、热电子等)。
Transition Time(转换时间):上升时间:从10%Vdd上升到90%Vdd的时间,下降时间L从90%Vdd下降到10%dd的时间。上升时间和下降时间统称为Transition Time,也有定义为20%到80%。

Propagation Delay(传播延时):在输入信号变化到50%Vdd到输出信号变化到50%Vdd之间的时间。

结合fpga的时序报告,介绍一下这些参数在工程实际中有啥用处呢
003. 解释一下Vih,Vil,Vol,Voh,Vt。
Vih:输入电压由高到低变化时,输出电压开始上升且传输特性曲线斜率为-1的点,即图中B点对应的输入电压。(仍能维持输出为逻辑“1”的最大输出电压)
Vil:输入电压由低到高变化时,输出电压开始下降且传输特性曲线斜率为-1的点,即图中A点对应的输入电压。(仍能维持输出为逻辑“0”的最小输出电压)
Voh:定义为最小合格高电平。(维持输出为逻辑“1”的最大输出电压)
Vol:定义为最大合格低电平。(维持输出为逻辑“0”的最大输出电压)
CMOS集成电路内部规定Vol = 0v,Voh = Vdd。
Vt:MOS管的阈值电压

如果输入电平是(Vil+Vih)/2,会有什么问题
输入电压(Vil+Vih)/2接近于0.5Vdd,CMOS反相器的阈值电压也接近于0.5Vdd,这样输出不确定会是高电平还是低电平,输出呈亚稳态!
004.什么是原码,反码,补码,符号-数值码。以4bit为例,给出各自表示的数值范围。
原码:符号位+真值,最高位表示符号位,以4bit为例。
[+3]原 = 0011
[-3]原 = 1011
表示范围:-7到+7
原码中0000和1000都表示0。
反码:正数的反码是它本身,负数的反码将原码除符号位外逐位取反。以4bit为例。
[+3]原 = [0011]原 = [0011]反
[-3]原 = [1011]原 = [1100]反
表示范围:-7到+7
反码中0000和1111都表示0。
补码:正数的补码是它本身,负数的补码将原码除符号位外逐位取反再加1。以4bit为例。
[+3]原 = [0011]原 = [0011]反 = [0011]补
[-3]原 = [1011]原 = [1100]反 = [1101]补
表示范围:-8到+7
补码中0的表示只有一种形式,即0000,1000表示-8。
以上是有符号数,对于无符号数来说都是来表示整数,其原码、反码、补码都是其本身。
更详细解释可参考维基百科。
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%89%E7%AC%A6%E8%99%9F%E6%95%B8%E8%99%95%E7%90%86
005.十进制转换为二进制编码:
127
-127
127.375
-127.375
十进制数转化为R进制数:整数部分,除R取余法,除到商为0为止。小数部分,乘R取整法,乘到积为0为止。
127 = 0111_1111
-127 = 1111_1111
127.375 = 0111_1111.011
-127.375 = 1111_1111.011

006.画出CMOS三态缓冲器的电路原理图,解释一下高阻态。
很多东西去搜索还是应该直接用英文,用Google或者Bing国际版,百度真是惨不忍睹。
PMOS衬底接Vdd,CMOS衬底解Gnd,以下为简化,未画衬底。
图1,三态非门,当~EN为1时,最上面的PMOS和最下面的NMOS管截止,所以输出为高阻态,反之输出为~A,同理可推理出图2,EN高电平有效输出。
图3,三态缓冲门,当~EN为高电平时,最上面的PMOS管截止,输出为高阻态,反之,输出为A。图4一样。
图5,CMOS传输门,双向传输,当C=0,~C=Vdd,两个MOS管都截止,输入和输出之间呈现高阻态,当C=Vdd,~C=0,如果0 <= Vi <= Vdd – Vt(NMOS),NMOS管导通,如果|Vt(PMOS)|<= Vi <= Vdd,PMOS管导通,所以Vi在0到Vdd之间,总有一个MOS管导通,实现传输门。
图6,三态非门,在反相器后面加一个传输门,当~EN为低电平,传输门导通,输出Y = ~A,反之传输门截止,输出高阻态。如果想要EN高电平有效,交换传输门上下端子的反相器即可。

