走進芯片：CMOS反相器

以一個實際的CMOS反相器實物為例，從逆向的角度出發(fā)，為大家簡單介紹其在芯片中的具體呈現(xiàn)形式。通過這一過程，希望能夠幫助各位讀者在后續(xù)的逆向工程實踐中，快速而準確地判斷出CMOS反相器，從而為深入分析芯片的整體架構(gòu)和功能奠定堅實的基礎(chǔ)。

在芯片的微觀世界中，CMOS反相器通常由一個P型MOSFET和一個N型MOSFET組成。這兩個晶體管的源極和漏極分別相連，形成一個互補對稱的結(jié)構(gòu)。當(dāng)輸入信號為低電平時，N型MOSFET處于關(guān)閉狀態(tài)，而P型MOSFET則導(dǎo)通，電流從電源流向輸出端，使得輸出端呈現(xiàn)高電平；反之，當(dāng)輸入信號為高電平時，P型MOSFET關(guān)閉，N型MOSFET導(dǎo)通，電流從輸出端流向地，輸出端呈現(xiàn)低電平。這種互補的工作方式使得CMOS反相器具有低功耗、高噪聲容限以及快速開關(guān)速度等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字電路中。

如下是今天供分析的CMOS反相器實物圖，我們進行了簡單的標注，并對芯片進行了去層以便各位讀者更好的理解。

TOP層：可見4個MOS，一個NMOS和一個PMOS組成一個反相器，PMOS通常尺寸比NMOS大，以補償其較低的載流子遷移率，實現(xiàn)平衡驅(qū)動。

去除頂層金屬，可以更加清晰地看清楚NMOS和PMOS形貌及連線：MOS管采用多指交錯結(jié)構(gòu)，柵極（G）位于源極（S）和漏極（D）之間。這種設(shè)計能有效增加晶體管寬度，提升電流驅(qū)動能力。

功能分析

通過對晶體管連接的細致追蹤，我們確認圖像中是兩個獨立的CMOS反相器。以左側(cè)單元為例：

1、NMOS晶體管：柵極接輸入信號（In），源極接地（GND），漏極接PMOS漏極。

2、PMOS晶體管：柵極同樣接（In），源極接電源（VDD），漏極接NMOS漏極。

總結(jié)：NMOS和PMOS的柵極共用輸入，源極分別接GND和VDD，漏極相連形成輸出。這正是標準CMOS反相器的典型配置，其功能是將輸入信號進行邏輯反轉(zhuǎn)。右側(cè)單元結(jié)構(gòu)與左側(cè)完全一致，亦為獨立反相器。

附錄：反相器vs傳輸門對比

以前上學(xué)時經(jīng)常把反相器和傳輸門搞混，今天簡單的比較一下兩者的區(qū)別。

區(qū)分要點：

1、柵極連接：反相器柵極共用輸入；傳輸門柵極接互補控制信號。

2、源漏極連接：反相器串聯(lián)，輸出在中間；傳輸門并聯(lián)，信號直通。

3、高阻態(tài)：傳輸門獨有，反相器無此狀態(tài)。