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走進芯片:CMOS反相器

作者: 時間:2025-08-14 來源:硬十 收藏

以一個實際的反相器實物為例,從逆向的角度出發,為大家簡單介紹其在芯片中的具體呈現形式。通過這一過程,希望能夠幫助各位讀者在后續的逆向工程實踐中,快速而準確地判斷出反相器,從而為深入分析芯片的整體架構和功能奠定堅實的基礎。

在芯片的微觀世界中,反相器通常由一個P型MOSFET和一個N型MOSFET組成。這兩個晶體管的源極和漏極分別相連,形成一個互補對稱的結構。當輸入信號為低電平時,N型MOSFET處于關閉狀態,而P型MOSFET則導通,電流從電源流向輸出端,使得輸出端呈現高電平;反之,當輸入信號為高電平時,P型MOSFET關閉,N型MOSFET導通,電流從輸出端流向地,輸出端呈現低電平。這種互補的工作方式使得CMOS反相器具有低功耗、高噪聲容限以及快速開關速度等優點,廣泛應用于各種數字電路中。

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如下是今天供分析的CMOS反相器實物圖,我們進行了簡單的標注,并對芯片進行了去層以便各位讀者更好的理解。

TOP層:可見4個MOS,一個NMOS和一個PMOS組成一個反相器,PMOS通常尺寸比NMOS大,以補償其較低的載流子遷移率,實現平衡驅動。

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去除頂層金屬,可以更加清晰地看清楚NMOS和PMOS形貌及連線:MOS管采用多指交錯結構,柵極(G)位于源極(S)和漏極(D)之間。這種設計能有效增加晶體管寬度,提升電流驅動能力。

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功能分析

通過對晶體管連接的細致追蹤,我們確認圖像中是兩個獨立的CMOS反相器。以左側單元為例:

1、NMOS晶體管:柵極接輸入信號(In),源極接地(GND),漏極接PMOS漏極。

2、PMOS晶體管:柵極同樣接(In),源極接電源(VDD),漏極接NMOS漏極。

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總結:NMOS和PMOS的柵極共用輸入,源極分別接GND和VDD,漏極相連形成輸出。這正是標準CMOS反相器的典型配置,其功能是將輸入信號進行邏輯反轉。右側單元結構與左側完全一致,亦為獨立反相器。

附錄:反相器vs傳輸門對比

以前上學時經常把反相器和傳輸門搞混,今天簡單的比較一下兩者的區別。

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區分要點:

1、柵極連接:反相器柵極共用輸入;傳輸門柵極接互補控制信號。

2、源漏極連接:反相器串聯,輸出在中間;傳輸門并聯,信號直通。

3、高阻態:傳輸門獨有,反相器無此狀態。



關鍵詞: CMOS 圖像傳感器 ISP

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