CMOS 特殊电路
CMOS 设计中除标准数字逻辑和模拟放大器之外，还存在大量特殊功能电路：施密特触发器用于噪声环境下的信号整形、多谐振荡器产生定时脉冲、输入缓冲器恢复片间传输的畸变信号、电荷泵在片内产生高于电源的电压。Baker §18 和 §27 系统介绍了这些电路的设计方法。这些内容在其他模拟 IC 教材（Gray/Razavi/Allen）中仅简略提及或分散在各处。
前后关系
前置知识：
- CMOS反相器与数字逻辑 — 反相器、传输门
- MOS晶体管模型与特性 — 跨导、导通电阻
- 偏置电路与电流基准 — 电流源偏置
外部关联：
- Flash ADC与比较器设计 — 比较器（Baker §27）
- PLL基本结构与传递函数 — VCO、振荡器
- 数据转换器基础 — 采样保持中的开关
施密特触发器（§18.1）
特性
施密特触发器的传输特性具有磁滞（hysteresis），由两个开关点电压定义：
- （高开关点）：输出从 1→0 的转换阈值
- （低开关点）：输出从 0→1 的转换阈值
- ：磁滞宽度
设计公式（§18.1.1, Fig. 18.3）
高开关点 （输出高→低）：
低开关点 （输出低→高）：
设计规则：开关管 M2/M5 尺寸应大于 M1/M6，以确保陡峭切换。
多谐振荡器（§18.2）
单稳态（Monostable, Fig. 18.18）
- 一个稳定状态 + 一个暂稳态
- 触发输入产生固定宽度的输出脉冲
- 脉宽由 RC 时间常数决定
无稳态（Astable, Fig. 18.20）
- 无稳定状态，持续振荡
- 频率由 RC 充放电时间决定
- 可用作片上时钟源
输入缓冲器（§18.3）
片间信号通过 PCB 走线后可能严重畸变，输入缓冲器将其恢复为明确定义的数字信号。
基本电路（§18.3.1）
- CMOS 反相器链：逐级增大驱动能力
- 偏斜控制：调整 控制占空比
差分缓冲器（§18.3.2, Fig. 18.28）
- 差分输入对 + 交叉耦合负载
- 共模抑制能力强
- 瞬态响应特性可控
DC 参考（§18.3.3）
- 自偏置产生参考电压
- 低输入电阻缓冲器（§18.3.4）：并联反馈技术降低输入阻抗
电荷泵（§18.4）
基本原理
利用开关电容原理在片内产生高于电源（或低于地）的电压：
Dickson 电荷泵（§18.4.2, Fig. 18.42）
- 二极管连接的 MOSFET + 耦合电容
- 多级级联产生高压
- 应用：EEPROM/Flash 编程、LCD 驱动
泵升压时钟驱动器（Fig. 18.45）
- 自举栅极驱动 NMOS 的栅极电压超过
- 实现 Rail-to-Rail 输出
比较器（§27）
开环比较器（§27.1）
- 高增益差分对 → 数字输出
- 传输延迟：（大信号）或受限于 -3dB 带宽（小信号）
- 迟滞比较器：正反馈实现磁滞
动态比较器（§25.4）
- 预充电→再生锁存：速度远快于开环
- 无静态功耗
乘法器/混频器（§27.2）
Gilbert 乘法器
- 差分对 + 交叉耦合对
- 四象限乘法：
Baker vs 其他教材对比
| 主题 | Baker | Gray | Razavi | Allen |
|---|---|---|---|---|
| 施密特触发器 | 完整设计流程 | 无 | 简略 | 简略 |
| 输入缓冲器 | 完整（含差分） | 无 | 无 | 无 |
| 电荷泵 | Dickson + 设计实例 | 无 | 简略 | 简略 |
| 比较器 | √ 含动态 | 简略 | Ch.10 | Ch.8 |
| Gilbert 乘法器 | √ | √ | 简略 | 无 |
| SPICE 验证 | √ | 少量 | 少量 | 少量 |
关联页：Baker CMOS 电路设计版图与仿真 深度解析 §18, §27