Nejpopulárnější Technologie MOSFET (polovodičová technologie), která je dnes k dispozici, je technologie CMOS nebo doplňková technologie MOS. Technologie CMOS je přední polovodičová technologie pro ASIC, paměti, mikroprocesory. Hlavní výhodou technologie CMOS oproti technologii BIPOLAR a NMOS je ztrátový výkon - při přepnutí obvodu se rozptýlí pouze výkon. To umožňuje osazení mnoha bran CMOS na integrovaný obvod než v bipolární a NMOS technologii. Tento článek pojednává o rozdílech mezi technologií CMOS a NMOS.
Úvod do technologie IC
Křemík IC technologie lze rozdělit na typy: bipolární, polovodič z oxidu kovu a BiCMOS.
IC technologie
Struktura bipolárních tranzistorů má PNP nebo NPN. V těchto typy tranzistorů , malé množství proudu v tlustší základní vrstvě řídí velké proudy mezi emitorem a kolektorem. Základní proudy omezují integrační hustotu bipolárních zařízení.
Polovodič na bázi oxidu kovu je dále klasifikován do různých technologií pod PMOS, NMOS a CMOS. Mezi tato zařízení patří polovodič, oxid a kovová brána. V současné době se polysilikon běžněji používá jako brána. Když je na bránu přivedeno napětí, pak řídí proud mezi zdrojem a odtokem. Protože spotřebovávají méně energie a MOS umožňuje vyšší integraci.
Technologie BiCMOS využívá CMOS i bipolární tranzistory, tyto jsou integrovány na stejném polovodičovém čipu. Technologie CMOS nabízí vysokou I / P a nízkou O / P impedanci, vysokou hustotu balení, symetrické okraje šumu a nízkou spotřebu energie. Technologie BiCMOS umožnila kombinovat bipolární zařízení a CMOS tranzistory v jednom procesu za rozumnou cenu, aby se dosáhlo integrace MOS logiky s vysokou hustotou
Rozdíl mezi technologií CMOS a NMOS
Rozdíl mezi technologií CMOS a technologií NMOS lze snadno odlišit podle jejich pracovních principů, výhod a nevýhod.
Technologie CMOS
Pro konstrukci integrovaných obvodů se používá doplňkový polovodičový oxid kovu-polovodič (technologie CMOS) a tato technologie se používá v digitálních logických obvodech, mikroprocesorech, mikrokontrolérech a statické paměti RAM. Technologie CMOS se také používá v několika analogových obvodech, jako jsou převaděče dat, obrazové snímače a ve vysoce integrovaných transceiverech. Hlavní vlastnosti technologie CMOS jsou nízká spotřeba statické energie a vysoká odolnost proti šumu.
Komplementární polovodič oxidu kovu
CMOS (doplňkový kov-oxid-polovodič) je palubní polovodičový čip napájený z baterií, který se používá k ukládání dat v počítačích. Tato data se pohybují od času a data systému až po nastavení hardwaru systému pro váš počítač. Nejlepším příkladem tohoto CMOS je knoflíková baterie používaná k napájení paměti CMOS.
Když je pár tranzistorů ve stavu VYPNUTO, kombinace řady odebírá značný výkon pouze během přepínání mezi stavy ZAPNUTO a VYPNUTO. Zařízení MOS tedy negenerují tolik odpadního tepla jako jiné formy logiky. Například TTL ( Logika tranzistor-tranzistor ) nebo logika MOS, které normálně mají nějaký stojatý proud, i když nemění stav. To umožňuje vysokou hustotu logických funkcí na čipu. Z tohoto důvodu je tato technologie nejpoužívanější a je implementována do čipů VLSI.
Životnost baterie CMOS
Typická životnost baterie CMOS je přibližně 10 let. To se však může změnit na základě využití i prostředí, ať už je počítač kdekoli. Pokud dojde k poškození baterie CMOS, počítač po vypnutí počítače nedokáže udržet přesný čas, jinak datum. Například, jakmile je počítač zapnutý, lze si všimnout data a času nastaveného na 12:00 a 1. ledna 1990. Tato chyba tedy hlavně určuje, že došlo k selhání baterie CMOS.
Měnič CMOS
U jakékoli technologie IC při navrhování digitálních obvodů je základním prvkem logický měnič. Jakmile je činnost invertorového obvodu pečlivě pochopena, lze výsledky rozšířit na návrh logických bran a složitých obvodů.
Střídače CMOS jsou nejpoužívanější střídače MOSFET, které se používají v konstrukci čipů. Tyto střídače mohou pracovat při vysokých otáčkách a při menších ztrátách energie. Měnič CMOS má také dobré charakteristiky logické vyrovnávací paměti. Krátký popis střídačů poskytuje základní pochopení fungování střídače. Stavy MOSFET při různých napětích i / p a ztrátách energie v důsledku elektrického proudu.
Měnič CMOS
Střídač CMOS má tranzistor PMOS a NMOS, který je připojen ke svorkám brány a odtoku, napájecí napětí VDD na zdrojové svorce PMOS a GND připojený ke zdrojové svorce NMOS, kde je Vin připojen ke svorkám brány a Vout je připojen k odtokovým svorkám.
Je důležité si uvědomit, že CMOS nemá žádné rezistory, což z něj činí energeticky účinnější než běžný rezistor-MOSFET měnič. Vzhledem k tomu, že napětí na vstupu CMOS zařízení se pohybuje mezi 0 a 5 volty, stav NMOS a PMOS se mění odpovídajícím způsobem. Pokud modelujeme každý tranzistor jako jednoduchý spínač aktivovaný Vin, operace střídače lze snadno vidět.
Výhody CMOS
Tranzistory CMOS efektivně využívají elektrickou energii.
- Tato zařízení se používají v řadě aplikací s analogovými obvody, jako jsou obrazové snímače, převaděče dat atd. Výhody technologie CMOS oproti NMOS jsou následující.
- Velmi nízká spotřeba statické energie
- Snižte složitost obvodu
- Vysoká hustota logických funkcí na čipu
- Nízká spotřeba statické energie
- Vysoká odolnost proti hluku
- Když se tranzistory CMOS mění z jedné podmínky na druhou, používají elektrický proud.
- Kromě toho doplňkové polovodiče omezují vzájemné působení o / p napětí. Výsledkem je nízkoenergetický design, který poskytuje méně tepla.
- Z tohoto důvodu tyto tranzistory změnily jiné dřívější konstrukce, jako jsou CCD v kamerových senzorech, a také se používají ve většině současných procesorů.
Aplikace CMOS
CMOS je jeden druh čipu napájený z baterie používané k ukládání konfigurace pevného disku a dalších dat.
Čipy CMOS obvykle poskytují RTC (hodiny reálného času) i paměť CMOS v mikrokontroléru i v mikroprocesoru.
Technologie NMOS
Logika NMOS využívá MOSFETy typu n k provozu prostřednictvím vytváření inverzní vrstvy v tranzistoru typu p. Tato vrstva je známá jako n-kanálová vrstva, která vede elektrony mezi zdrojovými a odtokovými svorkami typu n. Tento kanál lze vytvořit přivedením napětí k 3. terminálu, konkrétně k terminálu brány. Podobně jako u jiných polovodičových tranzistorů s efektem pole oxidu kovu obsahují tranzistory nMOS různé provozní režimy, jako je cut-off, trioda, sytost a sytost rychlosti.
Logická rodina NMOS využívá N-kanálové MOSFETY. Zařízení NMOS (N-kanálový MOS) potřebují pro každý tranzistor menší oblast čipu ve srovnání se zařízeními s P-kanálem, kde NMOS poskytuje vyšší hustotu. Logická rodina NMOS poskytuje vysokou rychlost také kvůli vysoké mobilitě nosičů náboje v zařízeních N-kanálu.
Takže většina mikroprocesorů a zařízení MOS používá logiku NMOS, jinak některé strukturální variace jako DMOS, HMOS, VMOS a DMOS snižují zpoždění šíření.
NMOS není nic jiného než polovodič oxidu kovu s negativním kanálem, který se vyslovuje jako mech. Jedná se o typ polovodiče, který se nabíjí záporně. Takže tranzistory se zapínají a vypínají pohybem elektronů. Naproti tomu pozitivní kanál MOS -PMOS funguje přesunem volných míst elektronů. NMOS je rychlejší než PMOS.
Polovodič s oxidem kovu s negativním kanálem
Návrh NMOS lze provést pomocí dvou substrátů, jako je n-typ, stejně jako p-typ. V tomto tranzistoru jsou většinou nosiče náboje elektrony. Víme, že kombinace PMPS a NMOS se nazývá technologie CMOS. Tato technologie využívá hlavně méně energie pro provoz na podobném výstupu a během provozu generuje nízký šum.
Jakmile je do terminálu brány přivedeno napětí, jsou nosiče náboje, jako jsou otvory v těle, motivovány směrem od terminálu brány. To umožňuje konfiguraci kanálu typu n mezi dvěma terminály, jako je zdroj a odtok, a tok proudu lze provádět pomocí elektronů ze dvou terminálů od zdroje k odtoku pomocí indukovaného kanálu typu n.
Tranzistor NMOS je velmi snadné navrhnout i vyrobit. Obvody využívající logické brány NMOS spotřebovávají statickou energii, jakmile je obvod neaktivní. Protože stejnosměrný proud dodává logickou bránu, jakmile je výstup nízký.
Střídač NMOS
Obvod střídače o / ps napětí představující opačnou logickou úroveň než jeho i / p. Níže je zobrazen invertorový diagram NMOS, který je konstruován pomocí jediného tranzistoru NMOS spojeného s tranzistorem.
Střídač NMOS
Rozdíl mezi NMOS a CMOS
Rozdíl mezi NMOS a CMOS je popsán v tabulkové formě.
CMOS | NMOS |
CMOS znamená Complementary metal-oxide-semiconductor | NMOS znamená polovodič oxidu kovu typu N |
Tato technologie se používá k výrobě integrovaných obvodů, které se používají v různých aplikacích, jako jsou baterie, elektronické součástky, obrazové snímače, digitální fotoaparáty. | Technologie NMOS se používá k výrobě logických bran i digitálních obvodů |
CMOS využívá pro provoz logických funkcí symetrické i doplňkové páry MOSFETů, jako jsou MOSFET typu p a n | Provoz tranzistoru NMOS lze provést vytvořením inverzní vrstvy v těle tranzistoru typu p |
Režimy provozu CMOS jsou akumulace jako vyčerpání a inverze | NMOS má čtyři provozní režimy, které simulují jiné typy MOSFETů, jako je cut-off, trioda, saturace a rychlostní saturace. |
Vlastnosti CMOS jsou nízká spotřeba statické energie, stejně jako vysoká odolnost proti rušení a. | Charakteristiky tranzistoru NMOS jsou, když se napětí zvýší na horní elektrodě, pak tam bude přitahování elektronů směrem k povrchu. V konkrétním napěťovém rozsahu, který krátce popíšeme, jako je prahové napětí, kde hustota elektronu venku překročí hustotu otvorů. |
CMOS se používá v digitálních logických obvodech, mikroprocesorech, SRAM (statická RAM) a mikrokontrolérech | NMOS se používá k implementaci digitálních obvodů i logických bran. |
Logická úroveň CMOS je 0 / 5V | Logická úroveň NMOS závisí hlavně na poměru beta a také na špatných úrovních šumu |
Přenosová doba CMOS je tJá= tF | Přenosová doba CMOS je tJá> tF |
Rozložení CMOS je pravidelnější | Rozložení NMOS je nepravidelné |
Poměr zatížení nebo pohonu CMOS je 1: 1/2: 1 | Poměr zatížení nebo pohonu NMOS je 4: 1 |
Hustota balení je menší, 2N zařízení pro N-vstupy | Hustota balení je hustší, zařízení N + 1 pro N-vstupy |
Napájení se může měnit od 1,5 do 15V VIH / VIL, pevná část VDD | Napájení je pevné na základě VDD |
Přenosová brána CMOS projde oběma logiky dobře | Pouze přihrávka „0“, přihrávka „1“ bude mít VTpokles |
Schéma předběžného nabíjení CMOS je, protože n&p jsou přístupné pro sběrnici předběžného nabíjení do VDD/ VSS | Jednoduše poplatky z VDDdo VTkromě využití bootstrappingu |
Ztrátový výkon je v pohotovostním režimu nulový | Pokud je v NMOS výstup „0“, výkon se rozptýlí |
Proč je CMOS technologie preferována před NMOS technologií
CMOS je zkratka pro Complementary Metal-Oxide-Semiconductor. Na druhou stranu, NMOS je polovodičový oxid kovu MOS nebo MOSFET (kov-oxid-polovodič tranzistor s efektem pole ). Jedná se o dvě logické rodiny, kde CMOS používá pro návrh tranzistory PMOS i MOS a NMOS pro návrh používá pouze FET. CMOS je vybrán přes NMOS pro design vestavěného systému . Protože CMOS šíří logiku o i 1, zatímco NMOS šíří pouze logiku 1, která je VDD. O / P po průchodu jedním by brána NMOS byla VDD-Vt. Proto je preferována technologie CMOS.
V logických branách CMOS je sada MOSFETů typu n umístěna v rozevírací síti mezi nízkonapěťovou napájecí lištou a výstupem. Namísto zatěžovacího rezistoru logických bran NMOS mají logické brány CMOS sbírku MOSFETů typu P ve vytahovací síti mezi vysokonapěťovou kolejnicí a výstupem. Proto pokud mají oba tranzistory své brány připojené ke stejnému vstupu, MOSFET typu p bude zapnutý, když je MOSFET typu n vypnutý, a naopak.
CMOS a NMOS jsou inspirovány růstem digitálních technologií, které se používají ke konstrukci integrovaných obvodů. V mnoha se používají CMOS i NMOS číslicové logické obvody a funkce, statická RAM a mikroprocesory. Používají se jako převaděče dat a obrazové senzory pro analogové obvody a také se používají v transreceptorech pro mnoho režimů telefonní komunikace. I když CMOS i NMOS mají stejnou funkci jako tranzistory pro analogové i digitální obvody, stále si mnoho lidí volí technologii CMOS před druhou pro své mnoho výhod.
Ve srovnání s NMOS je technologie CMOS špičková v kvalitě. Technologie CMOS šetří energii a neprodukuje teplo, zejména pokud jde o její funkce, jako je využití nízkého statického výkonu a odolnost proti hluku. Ačkoli je to nákladné, spousta lidí dává přednost technologii CMOS kvůli jejímu složitému složení, což ztěžuje černému trhu výrobu technologie používané CMOS.
The Technologie CMOS a technologie NMOS spolu s jejími střídači jsou rozdíly stručně popsány v tomto článku. Proto je pro návrh vestavěného systému nejlepší technologie CMOS. Pro lepší pochopení této technologie prosím pošlete své dotazy jako své komentáře níže.