Inverter Operating Regions

Operating Regions

Basic CMOS Inverter

Note: 1. Op Points numbered from    Top Left of the Curve

2. Voltage values are assumed to demonstrate the validity of the equations

For NMOS:                                                             For PMOS:

Vgs = Vin – 0 (Gnd)                                            Vsg = 5 (Vdd) – Vin

Vds = Vout – 0 (Gnd)                                        Vsd = 5 (Vdd) – Vout

Vt = A typical 0.7 V                                          Vt = A typical – 0.7 V

Op Point 1: Vin = 0V, Vout = 5V

For NMOS:                                                             For PMOS:

Vgs < Vt                                                                  Vsd < Vsg – |Vt|

Therefore OFF                                                      Therefore LINEAR

Op Point 2: Vin = 2V, Vout = 4.5V

For NMOS:                                                             For PMOS:

Vds > Vgs – Vt                                                      Vsd < Vsg – |Vt|

Therefore SATURATION                                 Therefore LINEAR

Op Point 3: Vin = 2.5V, Vout = 2.5V

For NMOS:                                                             For PMOS:

Vds > Vgs – Vt                                                      Vsd > Vsg – |Vt|

Therefore SATURATION                                 Therefore SATURATION

Op Point 4: Vin = 3V, Vout = 1V

For NMOS:                                                             For PMOS:

Vds < Vgs  -Vt                                                      Vsd > Vsg – |Vt|

Therefore LINEAR                                             Therefore SATURATION

Op Point 5: Vin = 5V, Vout = 0V

For NMOS:                                                             For PMOS:

Vds < Vgs  -Vt                                                      Vsg < |Vt|

Therefore LINEAR                                             Therefore OFF

PS: There would be another post about the operating regions of NMOS and PMOS as stand-alone devices.