En las características de transferencia del inversor CMOS, ¿cuál es el significado de la pendiente de \ $ - 1 \ $ en los puntos donde se han mostrado \ $ V_ {IH} \ $ y \ $ V_ {IL} \ $? ¿Y cómo es esto la ocurrencia de los valores, \ $ V_ {IL} \ $ y \ $ V_ {IH} \ $ relacionados con el punto donde la pendiente es \ $ - 1 \ $?
Esta parece ser la definición estándar de libro de texto de VIH y VIL. Utilizar una pendiente de -1 como límite tiene más sentido si piensa en los inversores como amplificadores y recuerda que la entrada tendrá algo de ruido:
Volviendo a su gráfico, si la tensión de entrada es entre VIH y VIL, se amplificará cualquier ruido. Si la señal pasa a través de muchas puertas (lo cual probablemente lo hará), el ruido podría amplificarse lo suficiente como para voltear un poco. Esto lleva a la definición de los márgenes de ruido para el inversor:
$$ NM_H = V_ {OH} - V_ {IH} $$ $$ NM_L = V_ {IL} - V_ {OL} $$
O al menos, ese es mi entendimiento. Encontré algunas fuentes que decían que elegir una pendiente de -1 como umbral maximiza la suma de los márgenes de ruido \ $ (NM_H + NM_L) \ $, pero no estoy seguro de cómo funciona.
Parece que hay mucho debate entre los libros de texto y los académicos sobre la mejor manera de definir \ $ V_ {OH} \ $ y \ $ V_ {OL} \ $. Algunas fuentes los definen como los límites extremos de los voltajes de salida, mientras que otros usan la misma definición de pendiente -1 como los umbrales de entrada. (Este último parece ser más formalmente correcto). Incluso encontré un documento IEEE que afirma que todas las definiciones son incorrectas, incluidos los umbrales de entrada!
No tengo una resolución para todo esto, excepto para decir que la importancia de la pendiente -1 definitivamente tiene que ver con los márgenes de ruido. Creo que eso responde a la pregunta original.
Aunque no puedo estar seguro, ya que no ha proporcionado ningún contexto o enlaces a la fuente original, supongo que esto es parte de una discusión sobre cómo cuantificar 3 términos: entrada alta, entrada baja y media voltaje.
Lo que el autor parece haber hecho es tomar la posición de que, para un circuito lógico, habrá regímenes de entrada / salida alta y baja, donde cambiar la entrada tiene poco o ningún efecto en la salida, y un área intermedia Donde la salida es sensible a los cambios en la entrada. Al parecer, el autor ha elegido definir los umbrales alto y bajo de entrada como aquellos en los que el cambio en la entrada es igual al cambio en la salida, donde la pendiente de entrada frente a la salida es -1. El punto medio, donde la entrada es igual a la salida, es obviamente donde la curva cruza la línea Vin = Vout; en otras palabras donde intersecta una línea con pendiente = 1 y que intersecta el origen.
Este es un enfoque generalizado para analizar curvas de respuesta, y tiene la ventaja de tratar de forma consistente con curvas que no son ideales. Un inversor ideal, por ejemplo, tiene una curva de entrada / salida con plano en las regiones altas y bajas y una región de transición vertical. Para tales dispositivos, Vil, Vm y Vih son iguales. Pero los dispositivos reales no tienen ganancia infinita, y tu figura parece ser una forma de lidiar con esto.
Tenga en cuenta que esta no es la única forma de resolver el problema. Por ejemplo, puede definir los puntos de transición como aquellos que producen salidas del 10% y 90% del rango de salida, y Vm como el punto del 50%. O cualquier otro conjunto de valores que te guste.
El comentario "pendiente = 1" indica que la línea diagonal muestra el punto donde Vin = Vout. Si uno tiene dos inversores en una configuración espalda con espalda para formar un circuito de retención (para cambiar el estado de retención, use transistores más potentes para dominar los transistores de retención), ambos inversores podrían permanecer a esa tensión precisa por tiempo indefinido. Si la entrada de un inversor fuera un poco más alta, eso haría que su salida (la entrada del otro inversor) bajara un poco, lo que a su vez provocaría que la salida de ese inversor (la primera entrada del inversor) aumentara, etc. trabe para cambiar completamente, pero si los voltajes están infinitamente cerca del voltaje Vin = Vout, la conmutación podría tomar un tiempo arbitrariamente largo.
Los lugares donde la pendiente de la función de transferencia es -1 definen a Vil, Voh y Vih, aunque no está del todo claro si hay algún significado especial para el lugar donde la pendiente pasa la unidad negativa más allá del hecho de que en cada puerta con cuya segunda derivada de la función de transferencia es monotónica, y cuyo rango de voltaje de salida es tan grande como su rango de voltaje de entrada, tendrá tales puntos.
Tampoco veo ningún significado específico en los puntos que tienen una pendiente de -1, El punto más importante de esta curva de transferencia es el punto "VM" donde voltaje de entrada = voltaje de salida. Esta propiedad de la curva de transferencia CMOS se utiliza para desviar la unidad CMOS y para usarla como un amplificador "lineal" porque este punto, más o menos, se encuentra en el centro de la parte casi lineal de la curva de transferencia. La polarización simple es posible usando una resistencia grande entre la entrada y la salida del dispositivo CMOS. Esto proporciona un punto de polarización estable para la amplificación de una señal de entrada, ya sea conectado a través de un condensador de acoplamiento o mediante una resistencia adicional. En este último caso, debido a la retroalimentación negativa, la ganancia es menor pero tiene un valor que puede seleccionarse (y fijarse) por los valores de la resistencia (principio operativo).