Termi CMOS tarkoittaa 'täydentävää metallioksidipuolijohde'. Tämä on yksi suosituimmista tekniikoista tietokonesirujen suunnitteluteollisuudessa ja sitä käytetään nykyään laajalti muotoilussa integroidut piirit lukuisissa ja monipuolisissa sovelluksissa. Nykypäivän tietokonemuistit, suorittimet ja matkapuhelimet käyttävät tätä tekniikkaa useiden tärkeiden etujen vuoksi. Tämä tekniikka käyttää sekä P- että N-kanavan puolijohdelaitteita. Yksi suosituimmista nykyisin saatavilla olevista MOSFET-tekniikoista on täydentävä MOS- tai CMOS-tekniikka. Tämä on hallitseva puolijohdetekniikka mikroprosessoreille, mikro-ohjainsiruille, muistille, kuten RAM, ROM, EEPROM ja sovelluskohtaiset integroidut piirit (ASIC).
Johdatus MOS-tekniikkaan
IC-suunnittelussa perus- ja tärkein komponentti on transistori. Joten MOSFET on eräänlainen transistori, jota käytetään monissa sovelluksissa. Tämän transistorin muodostus voidaan tehdä voileivän tavoin sisällyttämällä puolijohdekerros, yleensä kiekko, siivu yksittäisestä piikiteestä, piidioksidikerros ja metallikerros. Nämä kerrokset sallivat transistoreiden muodostumisen puolijohdemateriaaliin. Hyvällä eristimellä, kuten Sio2, on ohut kerros, jonka paksuus on sata molekyyliä.
Transistorit, joita käytämme monikiteistä piitä (poly) metallin sijasta porttiosissaan. FET: n polysilkkiportti voidaan korvata melkein käyttämällä metalliportteja suuren mittakaavan IC: ssä. Joskus sekä pii- että metalli-FET: iin viitataan IGFET: nä, mikä tarkoittaa eristettyjä portin FET: itä, koska portin alla oleva Sio2 on eristin.
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Pää CMOS: n etu NMOS: een nähden ja BIPOLAR-tekniikka on paljon pienempi tehohäviö. Toisin kuin NMOS- tai BIPOLAR-piirit, täydentävässä MOS-piirissä ei ole melkein mitään staattista tehohäviötä. Virta häviää vain siinä tapauksessa, että piiri todella kytkeytyy. Tämä mahdollistaa integroida enemmän CMOS-portteja IC: hen kuin NMOS: ssa tai kaksisuuntainen tekniikka , mikä johtaa paljon parempaan suorituskykyyn. Täydentävä metallioksidipuolijohde-transistori koostuu P-kanavan MOS: sta (PMOS) ja N-kanavan MOS: sta (NMOS). Katso lisätietoja linkistä CMOS-transistorin valmistusprosessi .
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
NMOS
NMOS on rakennettu p-tyyppiselle alustalle, jossa on n-tyyppinen lähde ja siinä on hajautettu viemäri. NMOS: ssa suurin osa kantajista on elektroneja. Kun porttiin syötetään korkea jännite, NMOS johtaa. Vastaavasti, kun matalaa jännitettä käytetään porttiin, NMOS ei johda. NMOS: n katsotaan olevan nopeampi kuin PMOS, koska NMOS: n kantajat, jotka ovat elektroneja, kulkevat kaksi kertaa nopeammin kuin reiät.
NMOS-transistori
PMOS
P-kanavainen MOSFET koostuu P-tyyppisestä lähteestä ja tyhjennyksestä, joka on levitetty N-tyyppiselle alustalle. Suurin osa kantajista on reikiä. Kun porttiin syötetään korkea jännite, PMOS ei johda. Kun porttiin syötetään matalaa jännitettä, PMOS johtaa. PMOS-laitteet ovat immuuneempia melulle kuin NMOS-laitteet.
PMOS-transistori
CMOS: n toimintaperiaate
CMOS-tekniikassa sekä N- että P-tyypin transistoreita käytetään logiikkatoimintojen suunnitteluun. Samaa signaalia, joka kytkee päälle yhden tyyppisen transistorin, käytetään sammuttamaan toisen tyyppinen transistori. Tämä ominaisuus mahdollistaa logiikkalaitteiden suunnittelun vain yksinkertaisilla kytkimillä ilman ylösvetovastuksen tarvetta.
CMOS: ssa logiikkaportit n-tyypin MOSFET-kokoelma on järjestetty alasvetävään verkkoon lähdön ja pienjänniteverkkokiskon (Vss tai melko usein maadoitettu) välille. NMOS-logiikkaporttien kuormitusvastuksen sijasta CMOS-logiikkaporteilla on kokoelma p-tyyppisiä MOSFET-laitteita lähtöverkossa lähdön ja korkeajännitekiskon (usein nimeltään Vdd) välillä.
CMOS käyttäen Pull Up & Pull Down
Siten, jos sekä p- että n-tyyppisen transistorin portit on kytketty samaan tuloon, p-tyypin MOSFET on PÄÄLLÄ, kun n-tyypin MOSFET on pois päältä, ja päinvastoin. Verkot on järjestetty siten, että yksi on PÄÄLLÄ ja toinen POIS minkä tahansa tulokuvion kohdalla, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.
CMOS tarjoaa suhteellisen suuren nopeuden, matalan tehohäviön, korkeat melumarginaalit molemmissa tiloissa ja toimii laajalla lähde- ja tulojännitealueella (edellyttäen, että lähteen jännite on kiinteä). Lisäksi, jotta voimme ymmärtää paremmin täydentävän metallioksidipuolijohde-toimintaperiaatteen, meidän on keskusteltava lyhyesti CMOS-logiikkaporteista alla selitetyllä tavalla.
Mitkä laitteet käyttävät CMOS: ää?
CMOS: n kaltaista tekniikkaa käytetään erilaisissa siruissa, kuten mikrokontrollereissa, mikroprosessoreissa, SRAM (staattinen RAM) ja muissa digitaalisissa logiikkapiireissä. Tätä tekniikkaa käytetään monissa analogisissa piireissä, jotka sisältävät datamuuntimia, kuvakennoja ja erittäin integroituja lähetin-vastaanottimia monen tyyppiseen viestintään.
CMOS-invertteri
Taajuusmuuttajapiiri alla olevan kuvan mukaisesti. Se koostuu PMOS ja NMOS FET . Tulo A toimii hilajännitteenä molemmille transistoreille.
NMOS-transistori on tulo Vss: ltä (maa) ja PMOS-transistori on tulo Vdd: ltä. Liitin Y on lähtö. Kun taajuusmuuttajan tuloliittimelle (A) annetaan korkea jännite (~ Vdd), PMOS: sta tulee avoin piiri ja NMOS kytketään pois päältä, joten lähtö vedetään alas Vss: ään.
CMOS-invertteri
Kun matalan tason jännite ( Alla olevassa kuvassa on 2-tuloinen MOS NAND -portti. Se koostuu kahdesta sarjasta NMOS-transistoria Y: n ja Groundin välillä ja kahdesta rinnakkaisesta PMOS-transistorista Y: n ja VDD: n välillä. Jos joko tulo A tai B on looginen 0, ainakin yksi NMOS-transistoreista on pois päältä ja rikkoo polun Y: stä maahan. Mutta ainakin yksi pMOS-transistoreista on päällä, mikä luo polun Y: stä VDD: hen. Kaksi tuloa NAND-porttia Siksi lähtö Y on korkea. Jos molemmat tulot ovat korkeat, molemmat nMOS-transistorit ovat PÄÄLLÄ ja molemmat pMOS-transistorit ovat pois päältä. Siksi tulos on loogisesti matala. Alla olevassa taulukossa annettu NAND-logiikkaportin totuustaulukko. 2-tuloinen NOR-portti on esitetty alla olevassa kuvassa. NMOS-transistorit ovat rinnakkain vetääkseen lähdön matalaksi, kun jompikumpi tulo on korkea. PMOS-transistorit ovat sarjassa vetämään lähdön korkeaksi, kun molemmat tulot ovat matalat, kuten alla olevassa taulukossa on esitetty. Lähtö ei koskaan jää kellumaan. Kaksi tuloa NOR-porttia Seuraavassa taulukossa annettu NOR-logiikkaportin totuustaulukko. CMOS-transistoreiden valmistus voidaan tehdä piikiekolla. Kiekon halkaisija on 20-300 mm. Tässä litografiaprosessi on sama kuin painokone. Jokaiseen vaiheeseen voidaan sijoittaa erilaisia materiaaleja, jotka on kaiverrettu muuten kuviollisiksi. Tämä prosessi on hyvin yksinkertainen ymmärtää katsomalla kiekon yläosa ja poikkileikkaus yksinkertaistetussa kokoonpanomenetelmässä. CMOS: n valmistus voidaan suorittaa käyttämällä kolmea tekniikkaa, nimittäin N-kuopan P-kuoppa, Twin-kuoppa, SOI (Silicon on Insulator). Katso lisätietoja tästä linkistä CMOS-valmistus . CMOS-akun tyypillinen käyttöikä on noin 10 vuotta. Tämä voi kuitenkin muuttua käytön ja ympäristön perusteella tietokoneen asuinpaikassa. Kun CMOS-paristo epäonnistuu, tietokone ei voi ylläpitää tarkkaa aikaa ja päivämäärää tietokoneessa, kun se on sammutettu. Esimerkiksi, kun tietokone on käynnissä, saatat nähdä kellonajan ja päivämäärän, kuten 12:00 PM ja 1.1.1990. Tämä vika määrittää, että CMOS: n akku on viallinen. CMOS: n tärkeimmät ominaisuudet ovat alhainen staattinen virrankulutus, valtava melunkestävyys. Kun yksi transistori MOSFET-transistoriparista kytketään pois päältä, sarjayhdistelmä käyttää merkittävää tehoa koko kytkennän välillä kahden ilmoitetun, kuten PÄÄLLÄ ja POIS, välillä. Tämän seurauksena nämä laitteet eivät tuota hukkalämpöä verrattuna muun tyyppisiin logiikkapiireihin, kuten TTL- tai NMOS-logiikkaan, jotka yleensä käyttävät jonkin verran seisovaa virtaa, vaikka ne eivät muuta tilaa. Nämä CMOS-ominaisuudet mahdollistavat suuritiheyksisten logiikkatoimintojen integroinnin integroidulle piirille. Tämän vuoksi CMOS: sta on tullut yleisimmin käytetty tekniikka, joka suoritetaan VLSI-siruissa. Lauseke MOS viittaa MOSFETin fyysiseen rakenteeseen, joka sisältää elektrodin, jossa on metallihila, joka sijaitsee puolijohdemateriaalista valmistetun oksidieristeen päällä. Alumiinin kaltaista materiaalia käytetään vain kerran, mutta materiaali on nyt monikiteistä piitä. Muiden metalliporttien suunnittelu voidaan tehdä paluuta käyttämällä korkean κ-dielektrisen materiaalin saapumista CMOS-prosessin prosessiin. Kuvakennot, kuten lataukseen kytketty laite (CCD) ja täydentävät metallioksidi-puolijohteet (CMOS), ovat kahta erilaista tekniikkaa. Näitä käytetään kuvan kaappaamiseen digitaalisesti. Jokaisella kuvakennolla on etuja, haittoja ja sovelluksia. Suurin ero CCD: n ja CMOS: n välillä on tapa kaapata kehys. Varauskytketty laite, kuten CCD, käyttää globaalia suljinta, kun taas CMOS käyttää vierintäjärjestelmää. Nämä kaksi kuvakennoa muuttavat varauksen valosta sähköiseksi ja käsittelevät sen elektronisiksi signaaleiksi. CCD-järjestelmissä käytetty valmistusprosessi on erityinen muodostamaan kyky siirtää varausta IC: n yli muuttamatta. Joten tämä valmistusprosessi voi johtaa erittäin korkealaatuisiin antureihin valoherkkyydestä ja tarkkuudesta. Sen sijaan CMOS-sirut käyttävät kiinteitä valmistusmenetelmiä sirun suunnittelussa ja vastaavaa prosessia voidaan käyttää myös mikroprosessorien valmistuksessa. Valmistuserojen vuoksi antureissa, kuten CCD 7 CMOS, on joitain selkeitä eroja. CCD-kennot ottavat kuvia vähemmän melua ja valtavaa laatua kun taas CMOS-kennot ovat yleensä alttiimpia melulle. Yleensä CMOS käyttää vähemmän virtaa, kun taas CCD käyttää paljon virtaa, kuten yli 100 kertaa CMOS-kennoon. CMOS-sirujen valmistus voidaan tehdä kaikilla tyypillisillä Si-tuotantolinjoilla, koska ne ovat yleensä erittäin halpoja CCD-levyihin verrattuna. CCD-anturit ovat kypsempiä, koska niitä valmistetaan sarjatuotannossa pitkään. Sekä CMOS- että CCD-kuvantajat riippuvat valosähköisen vaikutuksesta saadakseen sähköisen signaalin valosta Edellä mainittujen erojen perusteella CCD: itä käytetään kameroissa kohdistamaan korkealaatuisia kuvia monien pikselien ja erinomaisen valoherkkyyden avulla. Yleensä CMOS-antureilla on vähemmän tarkkuutta, laatua ja herkkyyttä. Salpa voidaan määritellä, kun oikosulku tapahtuu kahden päätelaitteen, kuten tehon ja maan, välillä, jotta voidaan tuottaa suurta virtaa ja IC voi vahingoittua. CMOS-järjestelmässä salpa on matalan impedanssin jäljen esiintyminen voimakiskon ja maaradan keskuudessa kahden transistorin, kuten lois PNP: n ja NPN: n, välisen tiedonsiirron vuoksi. transistorit . CMOS-piirissä kaksi transistoria, kuten PNP ja NPN, on kytketty kahteen syöttökiskoon, kuten VDD ja GND. Näiden transistoreiden suojaus voidaan tehdä vastusten kautta. Lukituslähetyksessä virta kulkee VDD: stä GND: hen suoraan kahden transistorin läpi, jotta voi syntyä oikosulku, jolloin äärimmäinen virta virtaa VDD: stä maadoitusliittimeen. On olemassa erilaisia menetelmiä tartunnan estämiseksi Lukitusten estämisessä reitille voidaan asettaa suuri vastus pysäyttämään virran virtaus koko syöttön ajan ja tekemään β1 * β2 alle 1 käyttämällä seuraavia menetelmiä. Parasiittisen SCR: n rakenne nokkautuu transistoreiden, kuten PMOS: n ja NMOS: n, ympäristöön eristävän oksidikerroksen läpi. Lukitussuojatekniikka sammuttaa laitteen, kun salpa havaitaan. Lukituksen testauspalvelut voivat suorittaa monet myyjät markkinoilla. Tämä testi voidaan tehdä sarjailla yrityksiä aktivoida SCR: n rakenne CMOS IC: ssä, kun taas niihin liittyvät nastat tarkistetaan, kun ylivirta virtaa sen läpi. On suositeltavaa hankkia ensimmäiset näytteet koeerästä ja lähettää ne Latch-upin testauslaboratorioon. Tämä laboratorio käyttää äärimmäisen mahdollista virtalähdettä ja toimittaa sitten virransyötön sirun tuloille ja lähdöille aina, kun tapahtuu lukitus seuraamalla virtalähdettä. CMOS: n etuihin kuuluvat seuraavat. CMOS: n tärkeimmät edut TTL: ään nähden ovat hyvä melumarginaali ja pienempi virrankulutus. Tämä johtuu siitä, että ei ole suoraa johtavaa kaistaa VDD: stä GND: hen, putoamisajat perustuvat tulo-olosuhteisiin, sitten digitaalisen signaalin lähettämisestä tulee helppoa ja edullista CMOS-sirujen kautta. CMOS: ia käytetään selittämään tietokoneen emolevyn muistin määrä, joka tallennetaan BIOS-asetuksiin. Nämä asetukset sisältävät pääasiassa päivämäärän, kellonajan ja laitteiston asetukset CMOS-aseman aktiiviset tulokset molemmilla tavoilla CMOS: n haittoja ovat seuraavat. Täydentäviä MOS-prosesseja toteutettiin laajalti, ja ne ovat olennaisesti korvanneet NMOS- ja bipolaariset prosessit lähes kaikissa digitaalisissa logiikkasovelluksissa. CMOS-tekniikkaa on käytetty seuraavissa digitaalisissa IC-malleissa. Siten CMOS-transistori on hyvin kuuluisa koska ne käyttävät sähkövirtaa tehokkaasti. He eivät käytä virtalähdettä, kun he vaihtavat tilasta toiseen. Myös täydelliset puolijohteet toimivat keskenään pysäyttääkseen o / p-jännitteen. Tuloksena on pienitehoinen rakenne, joka tuottaa vähemmän lämpöä. Tästä syystä nämä transistorit ovat muuttaneet muita aikaisempia malleja, kuten kameran antureiden CCD: itä ja käytettyjä useimmissa nykyisissä prosessoreissa. CMOS: n muisti tietokoneen sisällä on eräänlainen haihtumaton RAM, joka tallentaa BIOS-asetukset sekä ajan ja päivämäärän tiedot. Uskon, että olet saanut paremman käsityksen tästä käsitteestä. Lisäksi kaikki tätä käsitettä koskevat kyselyt tai elektroniikkaprojektit , anna arvokkaat ehdotuksesi kommentoimalla alla olevassa kommenttiosassa. Tässä on kysymys sinulle, miksi CMOS on parempi kuin NMOS? TULO LOGIIKAN TULO LÄHTÖ LOGIIKAN TUOTOS 0 v 0 Vdd 1 Vdd 1 0 v 0 CMOS NAND -portti
TO B Vedettävä verkko Pull-up-verkko LÄHTÖ Y 0 0 VINOSSA PÄÄLLÄ 1 0 1 VINOSSA PÄÄLLÄ 1 1 0 VINOSSA PÄÄLLÄ 1 1 1 PÄÄLLÄ VINOSSA 0 CMOS NOR -portti
TO B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 CMOS-valmistus
CMOS-akun käyttöikä
CMOS-akun vikaoireet
CMOS-ominaisuudet
CCD Vs CMOS
Joissakin sovelluksissa CMOS-anturit ovat viime aikoina parantuneet pisteeseen aina, kun ne saavuttavat lähes tasa-arvon CCD-laitteiden kanssa. Yleensä CMOS-kamerat eivät ole kalliita, ja niillä on pitkä akun käyttöikä.Lukitus CMOS: ssä
Edut
TTL on digitaalinen logiikkapiiri, jossa bipolaaritransistorit toimivat DC-pulsseilla. Useat transistorin logiikkaportit koostuvat yleensä yhdestä IC: stä.Haitat
CMOS-sovellukset
![Rakenna yksinkertainen Buck-muunninpiiri [Step Down Converter]](https://jf-parede.pt/img/3-phase-power/D0/build-a-simple-buck-converter-circuit-step-down-converter-1.jpg)
