施密特触发器的设计与仿真
3.用门电路组成的施密特触发器
3.1简介门电路组成的施密特触发器
1、电路组成
图6用 CMOS反相器构成的施密特触发器电路图
2、工作原理
假定： ， , 为三角波
(1)
当，
(1) 上升只要，则保持
(2)当 ,电路发生正反馈 ：
则
正向阈值电压 (VT+): I 值在增加过程中，使输出电压产生跳变时所对应I 的值。 (2)
(3)
(4施密特触发器芯片)
(3)电路,维持 不变
(4)当下降, 也下降,只要，则保持
当，电路产生如下正反馈: 则
(5)
(6)
(7)
则其工作波形有如下图7：
其中如果,则可得,而是从0～VDD，当是从下降到0时，始终为高电平，不会改为低电平，输出不会发生状态翻转，电路进入自锁状态，电路的电压传输特性不具有施密特触发特性，所以电路布能正常工作，故必须小于。
图7 施密特触发器传输特性
3.2 Proteus 简单的门电路施密特触发器仿真
电路图如下：
图8 用Proteus设计的施密特触发器
其中 。 ， 为反相器。
输入为正弦波。则示波器中的输出为：
图9 图8电路图的仿真输出
最上面的为输入信号，为一正弦波。
中间的波形为的输出波形。
最下面的波形是的输出波形。
这里只是简单的用已有的非门进行仿真，波形和施密特触发器的理论相差无几，由于这里不知道所选的非门中CMOS管的型号与电压具体值，就不做过多的探讨。下面就是自己设计的CMOS施密特触发器。
4.CMOS施密特触发器的仿真
4.1 MOSFET
绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名，又因栅极为金属铝(现在用的是多晶硅)，故又称为MOS管，它的栅极和源极间的电阻比结型场效应管大得多，可达1010Ω以上，还因为它比结型场效应管温度稳定性好，集成化时工艺简单，而广泛用于大规模和超大规模集成电路中。
N沟道增强型MOS管的结构如上图2所示，它以一块低掺杂的P型硅片为衬底，利用扩散工艺制作两个高掺杂的N+区，并引出两个电极，分别为源极S和漏极d，半导体之上制作一层SiO2绝缘层，再在SiO2之上制作一层金属铝，引出电极，作为栅极g，通常将衬底与源极接在一起使用，这样，栅极和衬底各相当于一个极板，中间是绝缘层。形成电容，当栅源电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 工作原理分析
当栅—源之间不加电压时，漏—源之间是两只背向的PN结，不存在导电沟道，因此即使漏源之间加电压，也不会有漏极电流。
当且时，由于SiO2的存在，栅极电流为零，但是金属层经聚集正电荷，它们将排斥P型衬底靠近SiO2一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层，当增大时，一方面耗尽层增宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称为反型层。这个反型层就构成了漏—源之间的导电沟道，是沟道刚刚形成的栅源电压称为开启电压, 愈大，反型层愈厚，导电沟道电阻愈小。
当是大于的一个确定值时，若在d—s之间加正向电压时，则将产生一定的漏极电流，此时，的变化对导电沟道的影响与结型场效应管相似，即当较小时，的增大使线性增大，沟道沿源—漏方向逐渐变窄，如图10(a)所示，一旦增大到使时，沟道在漏极一侧出现夹断点，称为预夹断，如图10(b)所示，如果继续增大，夹断区随之延长，如图10(c)所示，而且的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力。从外部看，几乎不因的增大而变化，管子进入恒流区，几乎仅决定于。
在时，对应于每一个就有一个确定的，此时，可将视为电压控制的电流源[3]。
(a) (b) (c)
图10 为大于的某一值时对影响
特性曲线与电流方程
图11所示分别为N沟道增强型MOS管的转移特性曲线和输出特性曲线，他们之间的关系见图中标注，与结型场效应管一样，MOS管也有三个工作区域：可变电阻区，恒流区及夹断区，如图中所标注。
(a) (b)
图11 N沟道增强型MOS管的特性曲线
4.2 用Pspice仿真的CMOS施密特触发器
Pspice的软件介绍：
用于模拟电路仿真的SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTR AN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。SPICE的正式版SPICE 2G在1975年正式推出，但是该程序的运行环境至少为小型机。1985年，加州大学伯克利分校用C语言对SPICE软件进行了改写， 并由MICROSIM公司推出。1988年SPICE被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用模拟电路仿真软件，在SPICE的基础上做了大量实用化工作，从而使SPICE成为最为流行的电子电路仿真软件。
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