反相运算放大器计算器

反相器是可以将输入信号的相位反转180度，这种电路应用在模拟电路，比如说音频放大，时钟振荡器等。在电子线路设计中，经常要用到反相器。随着微电子技术与工艺的不断发展和创新，以计算机为代表的各类数字电子产品应用越来越广泛，与此同时也面临着更加复杂的电磁环境。CMOS 反相器是几乎所有数字集成电路设计的核心，它具有较大的噪声容限、极高的输入电阻、极低的静态功耗以及对噪声和干扰不敏感等优点，因此广泛应用于数字集成电路中。HPM可以通过缝隙、孔洞以及外露连接线缆等“后门”途径，耦合进入电子系统内部，影响系统内器件的正常工作，CMOS 反相器作为构成数字集成电路最基础的功能单元和数字电子系统中最为典型的器件，极易受 HPM“后门”耦合作用的影响，进而产生干扰、扰乱或直接损伤效应。另外，CMOS 反相器有明确的逻辑功能，HPM 或者其它类型的强电磁脉冲对其产生的扰乱效应相比于对其它器件来讲更加明显。因此，研究数字集成电路或者数字电子系统的 HPM 效应，可以从 CMOS 反相器的HPM 效应研究入手。已有研究指出 HPM 可以引起 CMOS 反相器的闩锁(latch-up)效应，进而导致扰乱效应，Kim等人对CMOS反相器的HPM效应进行了大量的实验研究，得到了一些重要结论，比如，当HPM频率较高时其引发的CMOS反相器扰乱效应将会被抑制等， CMOS 反相器在 HPM 作用下会发生闩锁效应并导致功能扰乱，但是一段时间后其功能可能会恢复正常，HPM 引起 CMOS 反相器闩锁效应的能量阈值特性。这些报道多数都是 HPM 效应实验的结果描述和规律统计，而针对具体效应与规律进行机理分析和微观解释的研究则相对较少。

CMOS 反相器凭借其互补结构所具备的优势成为于数字电路设计中应用最广泛的一种器件。CMOS 反相器是由 n-MOSFET 与 p-MOSFET 组成的互补推拉式结构，n-MOSFET 作为驱动管(下拉管)，p-MOSFET 作为负载管(上拉管）。包含 p-n-p-n 寄生结构的 CMOS 基本结构示意图，两个晶体管的栅极连接在一起，作为信号输入端；两个晶体管的衬底分别与它们的源极连接在一起，n-MOSFET 的源极接地 GND，p-MOSFET 的源极接电源电压 Vdd；n-MOSFET 与 p-MOSFET 的漏极连接在一起作为反相器的输出端。为了在集成电路中制造 n-MOSFET 和 p-MOSFET，必须形成绝缘的 p 衬底区和 n 衬底区，因此，CMOS 集成电路中具有 n 阱、p 阱和双阱这三种工艺，本文针对 n 阱工艺下 CMOS 反相器进行研究，即在重掺杂的 p 型衬底硅上先生长一层轻掺杂 p 型外延层，然后通过 n 阱扩散工艺形成 n 阱，之后再制作场氧化层和栅氧化层，利用杂质注入的方式形成源漏区和高掺杂扩散区，最后淀积和刻蚀出金属化电极并对器件表面进行一定程度的钝化保护。这种情况下CMOS 结构内部会形成寄生的 n-p-n 双极型晶体管 Q1 和 p-n-p 双极型晶体管 Q2，Rsub和 Rwell代表 p 型衬底电阻和 n 阱电阻。在实际应用时，CMOS 反相器电路可能还会包含诸如静电放电(electrostatic discharge, ESD)保护电路、闩锁防护电路以及输入施密特整形电路等其它附属电路。

关于 HPM 效应的实验主要有两种方法，即辐照法和注入法。辐照法是指 HPM 以空间电磁波方式对目标电子系统进行辐照，得到的是电子系统的 HPM 效应阈值。辐照法主要针对电子系统，能够比较真实地模拟实际应用环境中电子系统的 HPM 电磁辐射环境，是获取电子系统整机 HPM 效应阈值的最有效手段；但是这种方法也存在缺点，为了较为真实地模拟实际情况，实验要求较高：微波波束需要覆盖整个目标电子系统，并且照射强度均匀，这就要求微波源辐射天线与效应物之间的距离不能太小，但是通常实验需要在特定的微波暗室中进行，实验空间有限，难以满足辐照均匀的要求。另外，辐照实验从 HPM 源到电子系统内部元器件须经过电磁传输和耦合等复杂过程，不利于对电子系统 HPM 效应机理进行分析。注入法是指 HPM 以传导方式注入目标效应物的敏感端口，观测其瞬态响应。注入法主要针对单元电路或器件，更适合于 HPM 效应规律、效应机理及敏感环节研究。注入法相对于辐照法更容易实现，对实验环境的要求相对较低，可以在普通实验室完成，主要需要解决两个问题：一是减小注入通道的微波驻波系数，提高微波注入效率，使更多的微波功率进入目标电路或器件；二是要做好微波源和效应目标之间的隔离，避免相互影响和破坏，主要隔离措施有衰减、高通/低通滤波和隔离等。