反相運算放大器計算器軟件簡介

反相器是可以將輸入信號的相位反轉180度，這種電路應用在模擬電路，比如說音頻放大，時鐘振蕩器等。在電子線路設計中，經常要用到反相器。隨著微電子技術與工藝的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，以計算機為代表的各類數字電子產品應用越來越廣泛，與此同時也面臨著更加復雜的電磁環(huán)境。CMOS 反相器是幾乎所有數字集成電路設計的核心，它具有較大的噪聲容限、極高的輸入電阻、極低的靜態(tài)功耗以及對噪聲和干擾不敏感等優(yōu)點，因此廣泛應用于數字集成電路中。HPM可以通過縫隙、孔洞以及外露連接線纜等“后門”途徑，耦合進入電子系統(tǒng)內部，影響系統(tǒng)內器件的正常工作，CMOS 反相器作為構成數字集成電路最基礎的功能單元和數字電子系統(tǒng)中最為典型的器件，極易受 HPM“后門”耦合作用的影響，進而產生干擾、擾亂或直接損傷效應。另外，CMOS 反相器有明確的邏輯功能，HPM 或者其它類型的強電磁脈沖對其產生的擾亂效應相比于對其它器件來講更加明顯。因此，研究數字集成電路或者數字電子系統(tǒng)的 HPM 效應，可以從 CMOS 反相器的HPM 效應研究入手。已有研究指出 HPM 可以引起 CMOS 反相器的閂鎖(latch-up)效應，進而導致擾亂效應，Kim等人對CMOS反相器的HPM效應進行了大量的實驗研究，得到了一些重要結論，比如，當HPM頻率較高時其引發(fā)的CMOS反相器擾亂效應將會被抑制等， CMOS 反相器在 HPM 作用下會發(fā)生閂鎖效應并導致功能擾亂，但是一段時間后其功能可能會恢復正常，HPM 引起 CMOS 反相器閂鎖效應的能量閾值特性。這些報道多數都是 HPM 效應實驗的結果描述和規(guī)律統(tǒng)計，而針對具體效應與規(guī)律進行機理分析和微觀解釋的研究則相對較少。

CMOS 反相器憑借其互補結構所具備的優(yōu)勢成為于數字電路設計中應用最廣泛的一種器件。CMOS 反相器是由 n-MOSFET 與 p-MOSFET 組成的互補推拉式結構，n-MOSFET 作為驅動管(下拉管)，p-MOSFET 作為負載管(上拉管）。包含 p-n-p-n 寄生結構的 CMOS 基本結構示意圖，兩個晶體管的柵極連接在一起，作為信號輸入端；兩個晶體管的襯底分別與它們的源極連接在一起，n-MOSFET 的源極接地 GND，p-MOSFET 的源極接電源電壓 Vdd；n-MOSFET 與 p-MOSFET 的漏極連接在一起作為反相器的輸出端。為了在集成電路中制造 n-MOSFET 和 p-MOSFET，必須形成絕緣的 p 襯底區(qū)和 n 襯底區(qū)，因此，CMOS 集成電路中具有 n 阱、p 阱和雙阱這三種工藝，本文針對 n 阱工藝下 CMOS 反相器進行研究，即在重摻雜的 p 型襯底硅上先生長一層輕摻雜 p 型外延層，然后通過 n 阱擴散工藝形成 n 阱，之后再制作場氧化層和柵氧化層，利用雜質注入的方式形成源漏區(qū)和高摻雜擴散區(qū)，最后淀積和刻蝕出金屬化電極并對器件表面進行一定程度的鈍化保護。這種情況下CMOS 結構內部會形成寄生的 n-p-n 雙極型晶體管 Q1 和 p-n-p 雙極型晶體管 Q2，Rsub和 Rwell代表 p 型襯底電阻和 n 阱電阻。在實際應用時，CMOS 反相器電路可能還會包含諸如靜電放電(electrostatic discharge, ESD)保護電路、閂鎖防護電路以及輸入施密特整形電路等其它附屬電路。

關于 HPM 效應的實驗主要有兩種方法，即輻照法和注入法。輻照法是指 HPM 以空間電磁波方式對目標電子系統(tǒng)進行輻照，得到的是電子系統(tǒng)的 HPM 效應閾值。輻照法主要針對電子系統(tǒng)，能夠比較真實地模擬實際應用環(huán)境中電子系統(tǒng)的 HPM 電磁輻射環(huán)境，是獲取電子系統(tǒng)整機 HPM 效應閾值的最有效手段；但是這種方法也存在缺點，為了較為真實地模擬實際情況，實驗要求較高：微波波束需要覆蓋整個目標電子系統(tǒng)，并且照射強度均勻，這就要求微波源輻射天線與效應物之間的距離不能太小，但是通常實驗需要在特定的微波暗室中進行，實驗空間有限，難以滿足輻照均勻的要求。另外，輻照實驗從 HPM 源到電子系統(tǒng)內部元器件須經過電磁傳輸和耦合等復雜過程，不利于對電子系統(tǒng) HPM 效應機理進行分析。注入法是指 HPM 以傳導方式注入目標效應物的敏感端口，觀測其瞬態(tài)響應。注入法主要針對單元電路或器件，更適合于 HPM 效應規(guī)律、效應機理及敏感環(huán)節(jié)研究。注入法相對于輻照法更容易實現，對實驗環(huán)境的要求相對較低，可以在普通實驗室完成，主要需要解決兩個問題：一是減小注入通道的微波駐波系數，提高微波注入效率，使更多的微波功率進入目標電路或器件；二是要做好微波源和效應目標之間的隔離，避免相互影響和破壞，主要隔離措施有衰減、高通/低通濾波和隔離等。