Begrepet CMOS står for “Complementary Metal Oxide Semiconductor”. Dette er en av de mest populære teknologiene i designbransjen for datamaskinbrikker, og den brukes i stor grad i dag til å danne integrerte kretser i mange og varierte applikasjoner. Dagens dataminner, CPUer og mobiltelefoner bruker denne teknologien på grunn av flere viktige fordeler. Denne teknologien bruker både P-kanal og N-kanal halvleder enheter. En av de mest populære MOSFET-teknologiene som er tilgjengelige i dag er komplementær MOS- eller CMOS-teknologi. Dette er den dominerende halvlederteknologien for mikroprosessorer, mikrocontrollerbrikker, minner som RAM, ROM, EEPROM og applikasjonsspesifikke integrerte kretser (ASIC).
Introduksjon til MOS-teknologi
I IC-design er den grunnleggende og mest essensielle komponenten transistoren. Så MOSFET er en slags transistor som brukes i mange applikasjoner. Dannelsen av denne transistoren kan gjøres som en sandwich ved å inkludere et halvlederlag, vanligvis en skive, en skive fra en enkelt krystall av silisium, et lag med silisiumdioksid og et metallag. Disse lagene gjør det mulig for transistorene å bli dannet i halvledermaterialet. En god isolator som Sio2 har et tynt lag med hundre molekyltykkelse.
Transistorene som vi bruker polykrystallinsk silisium (poly) i stedet for metall til portdelene. Polysilicon-porten til FET kan byttes ut nesten ved hjelp av metallporter i store skalaer. Noen ganger blir både polysilisium og metall-FET-er referert til som IGFET-er, som betyr isolerte port-FET-er, fordi Sio2 under porten er en isolator.
CMOS (komplementær metalloksyd halvleder)
Hoved fordel av CMOS fremfor NMOS og BIPOLAR-teknologi er den mye mindre strømavledningen. I motsetning til NMOS- eller BIPOLAR-kretser, har en komplementær MOS-krets nesten ingen statisk strømforsyning. Strøm forsvinner bare i tilfelle kretsen faktisk bytter. Dette gjør det mulig å integrere flere CMOS-porter på en IC enn i NMOS eller bipolar teknologi , noe som gir mye bedre ytelse. Komplementær metalloksyd halvleder transistor består av P-kanal MOS (PMOS) og N-kanal MOS (NMOS). Se lenken for å vite mer om fabrikasjonsprosessen til CMOS-transistoren .
CMOS (komplementær metalloksyd halvleder)
NMOS
NMOS er bygget på et p-type substrat med n-type kilde og avløp diffundert på det. I NMOS er de fleste bærere elektroner. Når en høy spenning påføres porten, vil NMOS lede. Tilsvarende, når en lav spenning påføres porten, vil ikke NMOS lede. NMOS anses å være raskere enn PMOS, siden bærerne i NMOS, som er elektroner, beveger seg dobbelt så raskt som hullene.
NMOS Transistor
PMOS
P-kanal MOSFET består av P-type kilde og avløp diffundert på et N-type substrat. De fleste bærere er hull. Når en høy spenning påføres porten, vil ikke PMOS lede. Når en lav spenning påføres porten, vil PMOS lede. PMOS-enhetene er mer immun mot støy enn NMOS-enheter.
PMOS Transistor
CMOS arbeidsprinsipp
I CMOS-teknologi brukes både N-type og P-type transistorer til å designe logiske funksjoner. Det samme signalet som slår PÅ en transistor av den ene typen brukes til å slå AV en transistor av den andre typen. Denne egenskapen tillater utforming av logiske enheter ved bruk av bare enkle brytere, uten behov for en opptrekksmotstand.
I CMOS logiske porter en samling av MOSFET-er av n-type er ordnet i et nedtrekksnettverk mellom utgangen og lavspent strømforsyningsskinne (Vss eller ganske ofte jordet). I stedet for lastmotstanden til NMOS logiske porter, har CMOS logiske porter en samling av p-type MOSFETer i et opptrekkingsnettverk mellom utgangen og høyspenningsskinnen (ofte kalt Vdd).
CMOS ved hjelp av Pull Up & Pull Down
Således, hvis både p-type og n-type transistor har portene koblet til samme inngang, vil p-typen MOSFET være PÅ når n-typen MOSFET er AV, og omvendt. Nettverkene er ordnet slik at det ene er PÅ og det andre AV for ethvert inngangsmønster som vist i figuren nedenfor.
CMOS tilbyr relativt høy hastighet, lav effektavledning, høye støymarginer i begge stater, og vil operere over et bredt spekter av kilde- og inngangsspenninger (forutsatt at kildespenningen er fast). Videre, for å få en bedre forståelse av Complementary Metal Oxide Semiconductor-arbeidsprinsippet, må vi diskutere i korte trekk CMOS-logikkporter som forklart nedenfor.
Hvilke enheter bruker CMOS?
Teknologi som CMOS brukes i forskjellige sjetonger som mikrokontrollere, mikroprosessorer, SRAM (statisk RAM) og andre digitale logikkretser. Denne teknologien brukes i et bredt spekter av analoge kretser som inkluderer datakonvertere, bildesensorer og høyt innarbeidede transceivere for flere typer kommunikasjon.
CMOS-omformer
Omformerkretsen som vist i figuren nedenfor. Det består av PMOS og NMOS FET . Inngangen A fungerer som portspenning for begge transistorer.
NMOS-transistoren har inngang fra Vss (bakken) og PMOS-transistoren har inngang fra Vdd. Terminalen Y sendes ut. Når det gis en høyspenning (~ Vdd) ved omformerens inngangsterminal (A), blir PMOS en åpen krets, og NMOS slås AV slik at utgangen trekkes ned til Vss.
CMOS-omformer
Når en lavspenningsnivå ( Figuren nedenfor viser en 2-inngangs komplementær MOS NAND-port. Den består av to serier NMOS-transistorer mellom Y og Ground og to parallelle PMOS-transistorer mellom Y og VDD. Hvis enten inngang A eller B er logisk 0, vil minst en av NMOS-transistorene være AV og bryte banen fra Y til bakken. Men minst en av pMOS-transistorer vil være PÅ, og skape en vei fra Y til VDD. To innganger NAND Gate Derfor vil produksjonen Y være høy. Hvis begge inngangene er høye, vil begge nMOS-transistorene være PÅ og begge pMOS-transistorene vil være AV. Derfor vil produksjonen være logisk lav. Sannhetstabellen til NAND-logikkporten gitt i tabellen nedenfor. En NOR-port med 2 innganger er vist i figuren nedenfor. NMOS-transistorer er parallelle for å trekke utgangen lavt når begge inngangene er høye. PMOS-transistorer er i serie for å trekke utgangen høyt når begge inngangene er lave, som gitt i tabellen nedenfor. Resultatet blir aldri flytende. NOR inngang med to innganger Sannhetstabellen til NOR-logikkporten gitt i tabellen nedenfor. Produksjonen av CMOS-transistorer kan gjøres på silisiumplaten. Wafer-diameteren varierer fra 20 mm til 300 mm. I dette er litografiprosessen den samme som trykkpressen. På hvert trinn kan forskjellige materialer deponeres, etses ellers mønstret. Denne prosessen er veldig enkel å forstå ved å se wafers topp så vel som tverrsnitt innenfor en forenklet monteringsmetode. Produksjonen av CMOS kan oppnås ved å bruke tre teknologier, nemlig N-brønn pt P-brønn, Twin brønn, en SOI (Silicon on Insulator). Se denne lenken for å vite mer om CMOS-fabrikasjon . Den typiske levetiden til et CMOS-batteri er omtrent 10 år. Men dette kan endres basert på bruk og omgivelser hvor PC-en ligger. Når CMOS-batteriet svikter, kan ikke datamaskinen opprettholde nøyaktig tid og dato på datamaskinen når den er slått av. Når datamaskinen for eksempel er PÅ, kan du se klokkeslett og dato som kl. 12.00 og 1. januar 1990. Denne feilen spesifiserer at CMOS-batteriet mislyktes. De viktigste egenskapene til CMOS er lav statisk strømutnyttelse, enorm støyimmunitet. Når den enkle transistoren fra MOSFET-transistoren er slått AV, bruker seriekombinasjonen betydelig strøm gjennom å bytte mellom de to som er angitt som PÅ og AV. Som et resultat genererer ikke disse enhetene spillvarme sammenlignet med andre typer logikkretser som TTL eller NMOS-logikk, som vanligvis bruker litt stående strøm selv om de ikke endrer tilstanden. Disse CMOS-egenskapene gjør det mulig å integrere logiske funksjoner med høy tetthet på en integrert krets. På grunn av dette har CMOS blitt den hyppigst brukte teknologien som skal utføres innen VLSI-brikker. Uttrykket MOS er en referanse til MOSFETs fysiske struktur som inkluderer en elektrode med en metallport som er plassert på toppen av en oksidisolator av halvledermateriale. Et materiale som aluminium brukes bare en gang, men materialet er nå polysilisium. Utformingen av andre metallporter kan gjøres ved hjelp av et comeback gjennom ankomsten av høy-k dielektriske materialer i løpet av CMOS-prosessen. Bildesensorene som ladekoblet enhet (CCD) og komplementær metalloksyd-halvleder (CMOS) er to forskjellige typer teknologier. Disse brukes til å fange bildet digitalt. Hver bildesensor har sine fordeler, ulemper og applikasjoner. Hovedforskjellen mellom CCD og CMOS er måten å fange rammen på. En ladekoblet enhet som CCD bruker en global lukker mens CMOS bruker en rullende lukker. Disse to bildesensorene endrer ladningen fra lys til elektrisk og behandler den til elektroniske signaler. Produksjonsprosessen som brukes i CCD-er, er spesiell for å danne kapasitet til å flytte ladning over IC uten endring. Så denne produksjonsprosessen kan føre til sensorer av høy kvalitet om lysfølsomhet og troskap. I motsetning til dette bruker CMOS-brikker faste produksjonsprosedyrer for å designe brikken, og en lignende prosess kan også brukes til å lage mikroprosessorer. På grunn av forskjellene i produksjonen, er det noen klare ulikheter mellom sensorene som CCD 7 CMOS. CCD-sensorer vil ta bilder med mindre støy og enorm kvalitet, mens CMOS-sensorer vanligvis er mer utsatt for støy. Vanligvis bruker CMOS mindre strøm mens CCD bruker mye strøm som mer enn 100 ganger til CMOS-sensoren. Produksjonen av CMOS-sjetonger kan gjøres på alle typiske Si-produksjonslinjer fordi de pleier å være veldig billige sammenlignet med CCD-er. CCD-sensorer er mer modne fordi de masseproduseres i lang tid. Både CMOS- og CCD-kameraene avhenger av effekten av fotoelektrisk for å lage det elektriske signalet fra lyset Basert på forskjellene ovenfor, brukes CCD-er i kameraer for å målrette bilder av høy kvalitet gjennom mange piksler og enestående lysfølsomhet. Vanligvis har CMOS-sensorer mindre oppløsning, kvalitet og følsomhet. En låsing kan defineres som når kortslutningen oppstår mellom de to terminalene som strøm og jord, slik at høy strøm kan genereres og IC kan bli skadet. I CMOS er latch-up forekomsten av lavimpedansspor blant kraftskinnen og bakken på grunn av kommunikasjonen mellom de to transistorer som parasittisk PNP og NPN transistorer . I CMOS-kretsen er de to transistorer som PNP og NPN koblet til to forsyningsskinner som VDD og GND. Beskyttelsen av disse transistorene kan gjøres gjennom motstander. I en låsetransmisjon vil strømmen strømme fra VDD til GND rett gjennom de to transistorene, slik at en kortslutning kan oppstå, og dermed vil ekstrem strøm strømme fra VDD til jordterminalen. Det er forskjellige metoder for forebygging av låsen I låseforebygging kan høy motstand plasseres i stien for å stoppe strømmen av strøm gjennom forsyningen og for å gjøre β1 * β2 under 1 ved å bruke følgende metoder. Strukturen til parasittisk SCR vil bli nebbet i omgivelsene av transistorer som PMOS og NMOS gjennom et isolerende oksydlag. Teknologien for låsebeskyttelse vil slå av enheten når låsing er lagt merke til. Testtjenestene for låsing kan gjøres av mange leverandører i markedet. Denne testen kan gjøres ved en rekke forsøk på å aktivere strukturen til SCR i CMOS IC, mens de relaterte pinnene blir sjekket når overstrøm strømmer gjennom den. Det anbefales å skaffe de første prøvene fra det eksperimentelle partiet og sende dem til et testlaboratorium for Latch-up. Dette laboratoriet vil bruke den mest oppnåelige strømforsyningen og deretter levere strømforsyningen til chipens innganger og utganger hver gang en Latch-up oppstår ved å overvåke strømforsyningen. Fordelene med CMOS inkluderer følgende. De viktigste fordelene med CMOS over TTL er god støymargin samt mindre strømforbruk. Dette skyldes ingen rett ledende bane fra VDD til GND, falltider basert på inngangsbetingelsene, da vil overføring av det digitale signalet bli enkelt og billig med CMOS-brikker. CMOS brukes til å forklare hvor mye minne på hovedkortet til datamaskinen som skal lagres i innstillingene til BIOS. Disse innstillingene inkluderer hovedsakelig dato, klokkeslett og innstillinger for maskinvare Utgangene hvis CMOS kjører aktivt på begge måter Ulempene med CMOS inkluderer følgende. Utfyllende MOS-prosesser ble mye implementert og har i utgangspunktet erstattet NMOS og bipolare prosesser for nesten alle digitale logiske applikasjoner. CMOS-teknologi har blitt brukt til følgende digitale IC-design. Dermed er den CMOS transistor er veldig kjent fordi de bruker elektrisk kraft effektivt. De bruker ikke strømforsyning når de endrer seg fra en tilstand til en annen. Også de gratis halvledere arbeider gjensidig for å stoppe o / p-spenningen. Resultatet er et design med lav effekt som gir mindre varme, på grunn av dette har disse transistorene endret andre tidligere design som CCD-er i kamerasensorer og brukt i de fleste av de nåværende prosessorer. Minnet til CMOS i en datamaskin er et slags ikke-flyktig RAM som lagrer BIOS-innstillinger og informasjon om tid og dato. Jeg tror at du har fått en bedre forståelse av dette konseptet. Videre, eventuelle spørsmål angående dette konseptet eller elektronikkprosjekter , vennligst gi dine verdifulle forslag ved å kommentere i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørsmål til deg, hvorfor CMOS er å foretrekke fremfor NMOS? INNGANG LOGISK INNGANG PRODUKSJON LOGISK UTGANG 0 v 0 Vdd 1 Vdd 1 0 v 0 CMOS NAND-port
TIL B Nedtrekksnettverk Pull-up Network UTGANG Y 0 0 AV PÅ 1 0 1 AV PÅ 1 1 0 AV PÅ 1 1 1 PÅ AV 0 CMOS NOR-porten
TIL B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 CMOS-fabrikasjon
En levetid på CMOS-batteri
Feilsymptomer på CMOS-batteri
CMOS-egenskaper
CCD mot CMOS
I noen applikasjoner er CMOS-sensorer nylig blitt bedre til det punktet hvor de nærmer seg likhet med CCD-enheter. Generelt er CMOS-kameraer ikke dyre, og de har en lang levetid på batteriet.Latch-Up i CMOS
Fordeler
TTL er en digital logikkrets der bipolare transistorer fungerer på DC-pulser. Flere transistorlogiske porter består vanligvis av en enkelt IC.Ulemper
CMOS-applikasjoner
