Termins CMOS nozīmē “Papildu metāla oksīda pusvadītājs”. Šī ir viena no populārākajām tehnoloģijām datoru mikroshēmu projektēšanas nozarē, un mūsdienās to plaši izmanto formas veidošanai integrētās shēmas daudzās un dažādās lietojumprogrammās. Mūsdienu datoru atmiņas, procesori un mobilie tālruņi izmanto šo tehnoloģiju vairāku galveno priekšrocību dēļ. Šī tehnoloģija izmanto gan P kanāla, gan N kanāla pusvadītāju ierīces. Viena no populārākajām mūsdienās pieejamajām MOSFET tehnoloģijām ir MOS vai CMOS papildu tehnoloģija. Šī ir dominējošā pusvadītāju tehnoloģija mikroprocesoriem, mikrokontrolleru mikroshēmām, atmiņām, piemēram, RAM, ROM, EEPROM un lietojumam specifiskas integrētās shēmas (ASIC).
Ievads MOS tehnoloģijā
IC konstrukcijā pamata un vissvarīgākā sastāvdaļa ir tranzistors. Tātad MOSFET ir viena veida tranzistors, ko izmanto daudzās lietojumprogrammās. Šo tranzistoru var veidot kā sviestmaizi, iekļaujot pusvadītāju slāni, parasti vafeļu, šķēli no viena silīcija kristāla, silīcija dioksīda slāni un metāla slāni. Šie slāņi ļauj veidot tranzistorus pusvadītāju materiālā. Labam izolatoram, piemēram, Sio2, ir plāns slānis ar simts molekulu biezumu.
Transistori, kuru vārtu daļām metāla vietā izmantojam polikristālisko silīciju (poli), nevis metālu. FET polisilīcija vārtiņus var aizstāt gandrīz izmantojot metāla vārtus liela mēroga IC. Dažreiz gan polisilīcija, gan metāla FET tiek dēvēti par IGFET, kas nozīmē izolētus vārtu FET, jo Sio2 zem vārtiem ir izolators.
CMOS (papildu metāla oksīda pusvadītājs)
Galvenais CMOS priekšrocība salīdzinājumā ar NMOS un BIPOLAR tehnoloģija ir daudz mazāka enerģijas izkliede. Atšķirībā no NMOS vai BIPOLAR ķēdēm, papildu MOS ķēdei gandrīz nav statiskas jaudas izkliedes. Jauda tiek izkliedēta tikai gadījumā, ja ķēde faktiski pārslēdzas. Tas ļauj IC integrēt vairāk CMOS vārtu nekā NMOS vai bipolārā tehnoloģija , kā rezultātā sniegums ir daudz labāks. Papildu metāla oksīda pusvadītāju tranzistoru veido P-kanālu MOS (PMOS) un N-kanālu MOS (NMOS). Lūdzu, skatiet saiti, lai uzzinātu vairāk par CMOS tranzistora izgatavošanas process .
CMOS (papildu metāla oksīda pusvadītājs)
NMOS
NMOS ir veidots uz p-veida substrāta ar n-veida avotu un tajā izkliedētu kanalizāciju. NMOS lielākā daļa nesēju ir elektroni. Kad vārtiem tiek piemērots augstspriegums, NMOS vadīs. Līdzīgi, ja vārtiem tiek piemērots zemspriegums, NMOS nevadīs. NMOS tiek uzskatīts par ātrāku nekā PMOS, jo NMOS nesēji, kas ir elektroni, pārvietojas divreiz ātrāk nekā caurumi.
NMOS tranzistors
PMOS
P-kanāla MOSFET sastāv no P tipa avota un drenāžas, kas izkliedēta uz N veida pamatnes. Pārvadātāju vairākums ir caurumi. Kad vārtiem tiek piemērots augstspriegums, PMOS nevadīs. Kad vārtiem tiek piemērots zemspriegums, PMOS vadīs. PMOS ierīces ir vairāk aizsargātas pret troksni nekā NMOS ierīces.
PMOS tranzistors
CMOS darbības princips
CMOS tehnoloģijā loģisko funkciju projektēšanai tiek izmantoti gan N, gan P tipa tranzistori. To pašu signālu, kas ieslēdz viena veida tranzistoru, izmanto, lai izslēgtu cita veida tranzistoru. Šī īpašība ļauj projektēt loģikas ierīces, izmantojot tikai vienkāršus slēdžus, bez nepieciešamības pēc pievilkšanas rezistora.
CMOS loģikas vārti n tipa MOSFET kolekcija ir sakārtota nolaižamajā tīklā starp izeju un zemsprieguma barošanas sliedi (Vss vai diezgan bieži iezemēta). NMOS loģisko vārtu slodzes rezistora vietā CMOS loģiskajiem vārtiem ir p tipa MOSFET kolekcija pievilkšanās tīklā starp izeju un augstāka sprieguma sliedi (bieži sauktu par Vdd).
CMOS, izmantojot Pull Up & Pull Down
Tādējādi, ja gan p tipa, gan n tipa tranzistora vārti ir savienoti ar vienu un to pašu ieeju, p tipa MOSFET būs IESLĒGTS, kad n tipa MOSFET ir izslēgts, un otrādi. Tīkli ir sakārtoti tā, lai viens būtu ieslēgts un otrs izslēgts jebkuram ievades modelim, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā.
CMOS piedāvā salīdzinoši lielu ātrumu, mazu enerģijas izkliedi, augstas trokšņa robežas abos štatos un darbosies plašā avota un ieejas sprieguma diapazonā (ja avota spriegums ir fiksēts). Turklāt, lai labāk izprastu papildu metāla oksīda pusvadītāju darbības principu, mums īsumā jāapspriež CMOS loģiskie vārti, kā paskaidrots turpmāk.
Kuras ierīces izmanto CMOS?
Tādu tehnoloģiju kā CMOS izmanto dažādās mikroshēmās, piemēram, mikrokontrolleros, mikroprocesoros, SRAM (statiskajā RAM) un citās digitālās loģikas ķēdēs. Šī tehnoloģija tiek izmantota plašā analogo ķēžu klāstā, kas ietver datu pārveidotājus, attēlu sensorus un ļoti integrētus uztvērējus vairāku veidu saziņai.
CMOS pārveidotājs
Invertora ķēde, kā parādīts attēlā zemāk. Tas sastāv no PMOS un NMOS FET . Ieeja A kalpo kā vārtu spriegums abiem tranzistoriem.
NMOS tranzistoram ir ieeja no Vss (zemes), un PMOS tranzistoram ir ieeja no Vdd. Tiek izvadīts terminālis Y. Kad invertora ieejas spailē (A) tiek dots augstspriegums (~ Vdd), PMOS kļūst par atvērtu ķēdi un NMOS izslēdzas, tāpēc izeja tiks novilkta līdz Vss.
CMOS pārveidotājs
Kad zema līmeņa spriegums ( Zemāk redzamajā attēlā parādīti 2 ieejas papildu MOS NAND vārti. Tas sastāv no diviem sērijas NMOS tranzistoriem starp Y un Ground un diviem paralēliem PMOS tranzistoriem starp Y un VDD. Ja vai nu ieeja A, vai B ir loģiska 0, vismaz viens no NMOS tranzistoriem būs izslēgts, pārtraucot ceļu no Y līdz zemei. Bet vismaz viens no pMOS tranzistoriem būs ieslēgts, izveidojot ceļu no Y līdz VDD. Divu ievades NAND vārti Tādējādi izeja Y būs augsta. Ja abas ieejas ir augstas, abi nMOS tranzistori būs ieslēgti un abi pMOS tranzistori būs izslēgti. Tādējādi iznākums būs maz loģisks. Zemāk esošajā tabulā sniegtā NAND loģisko vārtu patiesības tabula. 2 ieejas NOR vārti ir parādīti zemāk redzamajā attēlā. NMOS tranzistori ir paralēli, lai izvilktu izeju zemu, ja kāda no ieejām ir augsta. PMOS tranzistori ir sērijveidā, lai izvilktu augstu izeju, ja abas ieejas ir zemas, kā norādīts zemāk esošajā tabulā. Rezultāts nekad netiek atstāts peldošs. Divu ievades NOR vārti NOR loģisko vārtu patiesības tabula, kas dota zemāk esošajā tabulā. CMOS tranzistorus var izgatavot uz silīcija plāksnītes. Vafeļu diametrs svārstās no 20mm līdz 300mm. Šajā gadījumā litogrāfijas process ir tāds pats kā iespiedmašīnā. Uz katra soļa var noglabāt dažādus materiālus, iegravēt citādi. Šo procesu ir ļoti vienkārši saprast, aplūkojot vafeles augšdaļu, kā arī šķērsgriezumu vienkāršotās montāžas metodes ietvaros. CMOS izgatavošanu var paveikt, izmantojot trīs tehnoloģijas, proti, N-well pt P-well, Twin well, SOI (Silicon on Insulator). Lūdzu, skatiet šo saiti, lai uzzinātu vairāk par CMOS izgatavošana . CMOS akumulatora tipiskais kalpošanas laiks ir aptuveni 10 gadi. Bet tas var mainīties, pamatojoties uz izmantošanu un apkārtni, kur vien atrodas dators. Kad CMOS akumulators neizdodas, dators pēc izslēgšanas nevar uzturēt precīzu laiku un datumu. Piemēram, kad dators ir ieslēgts, iespējams, redzēsit laiku un datumu, piemēram, 12:00 PM un 1990. gada 1. janvāris. Šī kļūda norāda, ka CMOS akumulators ir nedarbojies. CMOS vissvarīgākās īpašības ir zema statiskā enerģijas izmantošana, milzīga trokšņu imunitāte. Kad viens tranzistors no MOSFET tranzistora pāra ir izslēgts, sērijas kombinācija pārslēgšanās laikā izmanto ievērojamu jaudu starp diviem norādītajiem, piemēram, ON un OFF. Rezultātā šīs ierīces nerada siltuma zudumus, salīdzinot ar cita veida loģiskām shēmām, piemēram, TTL vai NMOS loģiku, kurās parasti tiek izmantota kāda stāvoša strāva, pat ja tās nemaina savu stāvokli. Šīs CMOS īpašības ļaus integrētas shēmas integrēt loģikas funkcijas ar lielu blīvumu. Tāpēc CMOS ir kļuvusi par visbiežāk izmantoto tehnoloģiju, kas jāizpilda VLSI mikroshēmās. Frāze MOS ir atsauce uz MOSFET fizisko struktūru, kas ietver elektrodu ar metāla vārtiem, kas atrodas pusvadītāju materiāla oksīda izolatora augšpusē. Tāds materiāls kā alumīnijs tiek izmantots tikai vienu reizi, tomēr tagad materiāls ir polisilīcija. Citu metāla vārtu projektēšanu var veikt, izmantojot atgriešanos, CMOS procesa procesā nonākot ar lielu κ dielektrisko materiālu daudzumu. Attēla sensori, piemēram, uzlādēta ierīce (CCD) un papildu metāla oksīda pusvadītāji (CMOS), ir divas dažādas tehnoloģijas. Tos izmanto, lai attēlu tvertu digitāli. Katram attēla sensoram ir savas priekšrocības, trūkumi un pielietojums. Galvenā atšķirība starp CCD un CMOS ir kadra tveršanas veids. Ar uzlādi saistītā ierīcē, piemēram, CCD, tiek izmantots globālais aizvars, savukārt CMOS - slīdošais aizvars. Šie divi attēla sensori maina lādiņu no gaismas uz elektrisko un pārstrādā to elektroniskos signālos. Ražošanas process, ko izmanto CCD, ir īpašs, lai veidotu spēju bez izmaiņām pārvietot lādiņu pāri IC. Tātad šis ražošanas process var radīt ārkārtīgi augstas kvalitātes sensorus par gaismas jutīgumu un uzticamību. Turpretī CMOS mikroshēmas izmanto fiksētas ražošanas procedūras mikroshēmas projektēšanai, un līdzīgu procesu var izmantot arī mikroprocesoru izgatavošanā. Ražošanas atšķirību dēļ starp sensoriem, piemēram, CCD 7 CMOS, ir dažas nepārprotamas atšķirības. CCD sensori uztvers attēlus ar mazāku troksni un milzīgu kvalitāti, savukārt CMOS sensori parasti ir vairāk pakļauti trokšņiem. Parasti CMOS izmanto mazāk enerģijas, savukārt CCD patērē daudz enerģijas, piemēram, vairāk nekā 100 reizes CMOS sensoram. CMOS mikroshēmas var izgatavot uz jebkuras tipiskas Si ražošanas līnijas, jo tās mēdz būt ļoti lētas, salīdzinot ar CCD. CCD sensori ir nobriedušāki, jo tos ražo sērijveidā uz ilgu laiku. Gan CMOS, gan CCD attēli ir atkarīgi no fotoelektriskās iedarbības, lai radītu gaismas elektrisko signālu Pamatojoties uz iepriekšminētajām atšķirībām, kamerās CCD tiek izmantoti, lai mērķētu augstas kvalitātes attēlus, izmantojot daudz pikseļu un izcilu gaismas jutību. Parasti CMOS sensoriem ir mazāka izšķirtspēja, kvalitāte un jutība. Fiksatoru var definēt kā īssavienojumu starp diviem termināliem, piemēram, strāvu un zemi, lai varētu radīt lielu strāvu un IC var sabojāt. CMOS sakabe ir zemas pretestības takas parādīšanās starp elektropārvades dzelzceļu un zemes sliežu ceļu sakaru dēļ starp diviem tranzistoriem, piemēram, parazītiskiem PNP un NPN tranzistori . CMOS ķēdē divi tranzistori, piemēram, PNP un NPN, ir savienoti ar divām piegādes sliedēm, piemēram, VDD un GND. Šo tranzistoru aizsardzību var veikt, izmantojot rezistorus. Slēgtā pārraidei strāva no VDD uz GND plūst taisni caur diviem tranzistoriem, lai varētu rasties īssavienojums, tādējādi ārkārtēja strāva no VDD plūst uz zemes spaili. Aizķeršanās novēršanai ir dažādas metodes Aizķeršanās novēršanā takā var ievietot augstu pretestību, lai apturētu strāvas plūsmu visā piegādes laikā un lai β1 * β2 būtu zem 1, izmantojot šādas metodes. Parazitārā SCR struktūra tiks izolēta tranzistoru, piemēram, PMOS un NMOS, apkārtnē caur izolācijas oksīda slāni. Aizsardzības pret aizbīdni tehnoloģija izslēgs ierīci, tiklīdz būs pamanīts aizķeršanās. Slēgšanas testēšanas pakalpojumus var veikt daudzi pārdevēji tirgū. Šo pārbaudi var veikt, secīgi mēģinot aktivizēt SCR struktūru CMOS IC, turpretī saistītās tapas tiek pārbaudītas, kad caur to plūst pārmērīga strāva. Ieteicams iegūt pirmos paraugus no eksperimentālās partijas un nosūtīt tos uz Latch-up testēšanas laboratoriju. Šī laboratorija izmantos maksimāli iespējamo barošanas avotu un pēc tam nodrošinās strāvas padevi mikroshēmas ieejām un izejām ikreiz, kad notiek fiksācija, pārraugot strāvas padevi. CMOS priekšrocības ietver šādas. CMOS galvenās priekšrocības salīdzinājumā ar TTL ir laba trokšņa rezerve, kā arī mazāks enerģijas patēriņš. Tas ir saistīts ar to, ka no VDD līdz GND nav taisnas vadošās joslas, krituma laiks, pamatojoties uz ievades apstākļiem, tad digitālā signāla pārraide kļūs viegli un zemas izmaksas, izmantojot CMOS mikroshēmas. CMOS tiek izmantots, lai izskaidrotu atmiņas apjomu datora mātesplatē, kas tiks saglabāta BIOS iestatījumos. Šie iestatījumi galvenokārt ietver datumu, laiku un aparatūras iestatījumus Rezultāti, ja CMOS aktīvi darbojas abos veidos CMOS trūkumi ir šādi. Papildu MOS procesi tika plaši ieviesti, un tie ir pilnībā aizstājuši NMOS un bipolārus procesus gandrīz visām digitālās loģikas lietojumprogrammām. CMOS tehnoloģija ir izmantota šādiem digitālo IC dizainiem. Tādējādi CMOS tranzistors ir ļoti slavens jo viņi efektīvi izmanto elektroenerģiju. Viņi neizmanto elektropadevi, kad mainās no viena stāvokļa uz otru. Arī bezmaksas pusvadītāji savstarpēji darbojas, lai apturētu o / p spriegumu. Rezultāts ir mazjaudas dizains, kas nodrošina mazāku siltuma daudzumu. Šī iemesla dēļ šie tranzistori ir mainījuši citus agrākus dizainus, piemēram, CCD kameru sensoros un izmantoti lielākajā daļā pašreizējo procesoru. CMOS atmiņa datorā ir sava veida nepastāvīga RAM, kurā glabājas BIOS iestatījumi, kā arī informācija par laiku un datumu. Es uzskatu, ka jūs esat labāk izpratis šo koncepciju. Turklāt visi jautājumi par šo koncepciju vai elektronikas projekti , lūdzu, sniedziet vērtīgus ieteikumus, komentējot komentāru sadaļā zemāk. Šeit ir jautājums jums, kāpēc CMOS ir vēlams labāk nekā NMOS? IEVADE LOĢISKAIS IEVADS IZVADE LOĢISKĀ REZULTĀTS 0 v 0 Vdd 1 Vdd 1 0 v 0 CMOS NAND vārti
TO B Nolaižamais tīkls Pull-up tīkls IZVADE Y 0 0 IZSLĒGTS ON 1 0 1 IZSLĒGTS ON 1 1 0 IZSLĒGTS ON 1 1 1 ON IZSLĒGTS 0 CMOS NOR vārti
TO B Jā 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 CMOS izgatavošana
CMOS akumulatora darbības laiks
CMOS akumulatora kļūmes simptomi
CMOS raksturlielumi
CCD Vs CMOS
Dažās lietojumprogrammās CMOS sensori pēdējā laikā tiek pilnveidoti visur, kur tie sasniedz gandrīz vienlīdzību ar CCD ierīcēm. Parasti CMOS kameras nav dārgas, un tām ir ilgs akumulatora darbības laiks.Saspiešana CMOS
Priekšrocības
TTL ir digitālās loģikas ķēde, kur bipolāri tranzistori darbojas uz līdzstrāvas impulsiem. Vairāki tranzistora loģiskie vārti parasti sastāv no viena IC.Trūkumi
CMOS lietojumprogrammas
