Termenul CMOS înseamnă „Semiconductor complementar de oxid de metal”. Aceasta este una dintre cele mai populare tehnologii din industria de proiectare a cipurilor de calculator și este utilizată pe scară largă astăzi pentru a forma circuite integrate în numeroase și variate aplicații. Memoriile de computer, procesoarele și telefoanele mobile de astăzi folosesc această tehnologie datorită mai multor avantaje cheie. Această tehnologie folosește atât dispozitive semiconductoare cu canal P, cât și canal N. Una dintre cele mai populare tehnologii MOSFET disponibile astăzi este tehnologia complementară MOS sau CMOS. Aceasta este tehnologia semiconductoare dominantă pentru microprocesoare, cipuri de microcontroler, memorii precum RAM, ROM, EEPROM și circuite integrate specifice aplicației (ASIC).
Introducere în tehnologia MOS
În proiectarea IC, componenta de bază și cea mai esențială este tranzistorul. Deci MOSFET este un fel de tranzistor folosit în multe aplicații. Formarea acestui tranzistor se poate face ca un sandviș prin includerea unui strat semiconductor, în general o plachetă, o felie dintr-un singur cristal de siliciu, un strat de dioxid de siliciu și un strat metalic. Aceste straturi permit formarea tranzistoarelor în materialul semiconductor. Un izolator bun ca Sio2 are un strat subțire cu o sută de molecule grosime.
Tranzistoarele pe care le folosim siliciu policristalin (poli) în loc de metal pentru secțiunile lor de poartă. Poarta Polysilicon a FET poate fi înlocuită aproape folosind porți metalice în circuite integrate de mari dimensiuni. Uneori, atât FET-urile din polisilicon, cât și cele metalice sunt denumite IGFET-uri, ceea ce înseamnă FET-uri cu poartă izolate, deoarece Sio2 de sub poartă este un izolator.
CMOS (semiconductor complementar cu oxid de metal)
Principalul avantajul CMOS față de NMOS iar tehnologia BIPOLAR este disiparea puterii mult mai mică. Spre deosebire de circuitele NMOS sau BIPOLAR, un circuit MOS complementar nu are aproape nici o disipare de putere statică. Puterea este disipată numai în cazul în care circuitul se comută efectiv. Acest lucru permite integrarea mai multor porți CMOS pe un IC decât în NMOS sau tehnologie bipolară , rezultând o performanță mult mai bună. Tranzistorul semiconductor complementar cu oxid de metal constă din MOS cu canal P (PMOS) și MOS cu canal N (NMOS). Vă rugăm să consultați linkul pentru a afla mai multe despre procesul de fabricare a tranzistorului CMOS .
CMOS (semiconductor complementar cu oxid de metal)
NMOS
NMOS este construit pe un substrat de tip p cu sursă de tip n și drenaj difuz pe el. În NMOS, majoritatea purtătorilor sunt electroni. Când se aplică o tensiune înaltă la poartă, NMOS va conduce. În mod similar, atunci când se aplică o tensiune joasă la poartă, NMOS nu va conduce. NMOS este considerat a fi mai rapid decât PMOS, deoarece purtătorii din NMOS, care sunt electroni, călătoresc de două ori mai repede decât găurile.
Tranzistor NMOS
PMOS
MOSFET-ul canalului P constă din sursă și scurgere de tip P difuzate pe un substrat de tip N. Majoritatea transportatorilor sunt găuri. Când se aplică o tensiune înaltă la poartă, PMOS nu va conduce. Când se aplică o tensiune joasă la poartă, PMOS va conduce. Dispozitivele PMOS sunt mai imune la zgomot decât dispozitivele NMOS.
PMOS tranzistor
Principiul de lucru CMOS
În tehnologia CMOS, atât tranzistoarele de tip N, cât și cele de tip P sunt utilizate pentru proiectarea funcțiilor logice. Același semnal care pornește un tranzistor de un tip este utilizat pentru a opri un tranzistor de celălalt tip. Această caracteristică permite proiectarea dispozitivelor logice folosind doar comutatoare simple, fără a fi nevoie de un rezistor de tragere.
În CMOS porți logice o colecție de MOSFET-uri de tip n este aranjată într-o rețea pull-down între ieșire și șina de alimentare de joasă tensiune (Vss sau destul de des împământată). În loc de rezistența de încărcare a porților logice NMOS, porțile logice CMOS au o colecție de MOSFET-uri de tip p într-o rețea pull-up între ieșire și șina de tensiune mai mare (denumită adesea Vdd).
CMOS folosind Pull Up & Pull Down
Astfel, dacă atât un tranzistor de tip p, cât și de tip n au porțile conectate la aceeași intrare, MOSFET-ul de tip p va fi PORNIT atunci când MOSFET-ul de tip n este OPRIT și invers. Rețelele sunt aranjate astfel încât una să fie PORNITĂ și cealaltă OPRITĂ pentru orice tipar de intrare așa cum se arată în figura de mai jos.
CMOS oferă viteză relativ mare, disipare redusă a puterii, marje de zgomot ridicate în ambele state și va funcționa pe o gamă largă de tensiuni de sursă și de intrare (cu condiția ca tensiunea sursei să fie fixă). În plus, pentru o mai bună înțelegere a principiului de funcționare complementar al oxidului metalic al semiconductorilor, trebuie să discutăm pe scurt porțile logice CMOS, așa cum se explică mai jos.
Ce dispozitive utilizează CMOS?
Tehnologia precum CMOS este utilizată în diferite cipuri precum microcontrolere, microprocesoare, SRAM (RAM statică) și alte circuite logice digitale. Această tehnologie este utilizată într-o gamă largă de circuite analogice, care include convertoare de date, senzori de imagine și transceivere foarte încorporate pentru mai multe tipuri de comunicații.
Invertor CMOS
Circuitul invertorului așa cum se arată în figura de mai jos. Se compune din PMOS și NMOS FET . Intrarea A servește ca tensiune a porții pentru ambele tranzistoare.
Tranzistorul NMOS are intrare de la Vss (la sol), iar tranzistorul PMOS are intrare de la Vdd. Terminalul Y este ieșit. Când este dată o tensiune înaltă (~ Vdd) la terminalul de intrare (A) al invertorului, PMOS devine un circuit deschis, iar NMOS este oprit, astfel încât ieșirea va fi trasă în jos la Vss.
Invertor CMOS
Când o tensiune de nivel scăzut ( Figura de mai jos prezintă o poartă complementară MOS NAND cu 2 intrări. Este format din două tranzistoare NMOS de serie între Y și sol și doi tranzistori PMOS paraleli între Y și VDD. Dacă oricare intrare A sau B este logică 0, cel puțin unul dintre tranzistoarele NMOS va fi OPRIT, rupând calea de la Y la sol. Dar cel puțin unul dintre tranzistoarele pMOS va fi PORNIT, creând o cale de la Y la VDD. Poarta NAND cu două intrări Prin urmare, ieșirea Y va fi mare. Dacă ambele intrări sunt ridicate, ambele tranzistoare nMOS vor fi ACTIVE și ambele tranzistoare pMOS vor fi OFF. Prin urmare, ieșirea va fi logică scăzută. Tabelul de adevăr al porții logice NAND dat în tabelul de mai jos. O poartă NOR cu 2 intrări este prezentată în figura de mai jos. Tranzistoarele NMOS sunt în paralel pentru a trage scăderea ieșirii când oricare dintre intrări este ridicată. Tranzistoarele PMOS sunt în serie pentru a trage ieșirea la mare atunci când ambele intrări sunt scăzute, după cum se arată în tabelul de mai jos. Ieșirea nu este lăsată niciodată plutitoare. Poarta NOR cu două intrări Tabelul de adevăr al porții logice NOR dat în tabelul de mai jos. Fabricarea tranzistoarelor CMOS se poate face pe napolitena de siliciu. Diametrul plăcii variază de la 20mm la 300mm. În aceasta, procesul de litografie este același cu tipografia. La fiecare pas, pot fi depuse diferite materiale, gravate altfel. Acest proces este foarte simplu de înțeles vizualizând partea superioară a plachetei, precum și secțiunea transversală într-o metodă de asamblare simplificată. Fabricarea CMOS poate fi realizată prin utilizarea a trei tehnologii și anume N-well pt P-well, Twin well, un SOI (silicon pe izolator). Vă rugăm să consultați acest link pentru a afla mai multe despre Fabricare CMOS . Durata de viață tipică a unei baterii CMOS este de aproximativ 10 ani. Dar acest lucru se poate schimba pe baza utilizării și a împrejurimilor oriunde se află PC-ul. Când bateria CMOS se defectează, atunci computerul nu poate menține ora și data exactă pe computer după ce este oprit. De exemplu, odată ce computerul este pornit, este posibil să vedeți ora și data, cum ar fi 12:00 PM și 1 ianuarie 1990. Această eroare specifică faptul că bateria CMOS este eșuată. Cele mai importante caracteristici ale CMOS sunt utilizarea redusă a puterii statice, imunitatea imensă la zgomot. Când tranzistorul unic din perechea de tranzistor MOSFET este dezactivat, atunci combinația din serie folosește o putere semnificativă pe tot parcursul comutării dintre cele două menționate, cum ar fi ON & OFF. Ca urmare, aceste dispozitive nu generează căldură reziduală în comparație cu alte tipuri de circuite logice, cum ar fi logica TTL sau NMOS, care utilizează de obicei un curent permanent, chiar dacă nu își schimbă starea. Aceste caracteristici CMOS vor permite integrarea funcțiilor logice cu densitate mare pe un circuit integrat. Din această cauză, CMOS a devenit cea mai frecvent utilizată tehnologie care se execută în cadrul cipurilor VLSI. Expresia MOS este o referință la structura fizică a MOSFET, care include un electrod cu o poartă metalică care se află pe partea superioară a unui izolator de oxid de material semiconductor. Un material precum aluminiul este utilizat o singură dată, însă materialul este acum polisilicon. Proiectarea altor porți metalice se poate face folosind o revenire prin sosirea de materiale dielectrice cu un grad ridicat de κ în procesul procesului CMOS. Senzorii de imagine, cum ar fi dispozitivul cuplat la încărcare (CCD) și semiconductorul-oxid-metalic complementar (CMOS), sunt două tipuri diferite de tehnologii. Acestea sunt folosite pentru a captura imaginea digital. Fiecare senzor de imagine are avantajele, dezavantajele și aplicațiile sale. Principala diferență între CCD și CMOS este modul de captare a cadrului. Un dispozitiv cuplat la încărcare, cum ar fi CCD, folosește un obturator global, în timp ce CMOS folosește un obturator rulant. Acești doi senzori de imagine schimbă încărcătura de la lumină la electrică și o transformă în semnale electronice. Procesul de fabricație utilizat în CCD-uri este special pentru a forma capacitatea de a muta sarcina pe IC fără modificări. Deci, acest proces de fabricație poate duce la senzori de înaltă calitate despre sensibilitatea și fidelitatea la lumină. În schimb, cipurile CMOS utilizează proceduri fixe de fabricație pentru a proiecta cipul și un proces similar poate fi folosit și la realizarea microprocesoarelor. Datorită diferențelor în producție, există unele diferențe clare între senzori, cum ar fi CCD 7 CMOS. Senzorii CCD vor captura imaginile cu mai puțin zgomot și o calitate imensă, în timp ce senzorii CMOS sunt de obicei mai expuși la zgomot. De obicei, CMOS folosește mai puțină energie, în timp ce CCD-ul folosește multă putere, de mai mult de 100 de ori la senzorul CMOS. Fabricarea cipurilor CMOS se poate face pe orice linie tipică de producție a Si, deoarece acestea tind să fie foarte ieftine în comparație cu CCD-urile. Senzorii CCD sunt mai maturi, deoarece sunt produși în serie pentru o perioadă lungă de timp. Ambele imagini CMOS și CCD depind de efectul fotoelectric pentru a face semnalul electric de la lumină Pe baza diferențelor de mai sus, CCD-urile sunt utilizate în camere pentru a viza imagini de înaltă calitate prin intermediul multor pixeli și o sensibilitate la lumină remarcabilă. De obicei, senzorii CMOS au mai puțină rezoluție, calitate și sensibilitate. O blocare poate fi definită ca atunci când scurtcircuitul apare între cele două terminale, cum ar fi alimentarea și împământarea, astfel încât să poată fi generat un curent mare și să poată fi deteriorat IC. În CMOS, blocarea este apariția unei trasee de impedanță scăzută între șina de alimentare și șina de sol, din cauza comunicării dintre cei doi tranzistori, cum ar fi PNP și NPN paraziți. tranzistoare . În circuitul CMOS, cele două tranzistoare precum PNP și NPN sunt conectate la două șine de alimentare, cum ar fi VDD și GND. Protejarea acestor tranzistori se poate face prin rezistențe. Într-o transmisie blocată, curentul va curge de la VDD la GND direct prin cele două tranzistoare, astfel încât să poată apărea un scurtcircuit, astfel curentul extrem va curge de la VDD la terminalul de masă. Există diferite metode de prevenire a blocării În prevenirea blocării, rezistența ridicată poate fi plasată în traseu pentru a opri fluxul de curent pe toată durata de alimentare și pentru a face β1 * β2 sub 1 utilizând următoarele metode. Structura SCR parazitară va fi ciudată în jurul tranzistoarelor, cum ar fi PMOS și NMOS, printr-un strat de oxid izolant. Tehnologia pentru protecția blocării va opri dispozitivul odată ce se observă blocarea. Serviciile de testare a blocării pot fi realizate de mulți furnizori de pe piață. Acest test poate fi realizat printr-o secvență de încercări de a activa structura SCR în IC CMOS, în timp ce pinii aferenți sunt verificați atunci când curentul supracurent circulă prin el. Este recomandat să obțineți primele probe din lotul experimental și să le trimiteți la un laborator de testare a Latch-up. Acest laborator va aplica cea mai mare sursă de energie realizabilă și apoi va furniza alimentarea curentă la intrările și ieșirile cipului ori de câte ori are loc o blocare prin monitorizarea alimentării curente. Avantajele CMOS includ următoarele. Principalele beneficii ale CMOS față de TTL sunt marja de zgomot bună, precum și un consum mai mic de energie. Acest lucru se datorează lipsei de direcție directă de la VDD la GND, timpii de cădere se bazează pe condițiile de intrare, apoi transmiterea semnalului digital va deveni ușor și cost redus prin cipurile CMOS. CMOS este folosit pentru a explica cantitatea de memorie de pe placa de bază a computerului care va fi stocată în setările BIOS-ului. Aceste setări includ în principal data, ora și setările hardware-ului Ieșirile dacă CMOS conduc în mod activ în ambele moduri Dezavantajele CMOS includ următoarele. Procesele MOS complementare au fost implementate pe scară largă și au înlocuit fundamental procesele NMOS și bipolare pentru aproape toate aplicațiile de logică digitală. Tehnologia CMOS a fost utilizată pentru următoarele modele digitale IC. Astfel, Tranzistorul CMOS este foarte faimos deoarece folosesc eficient energia electrică. Nu folosesc sursa electrică ori de câte ori se modifică de la o stare la alta. De asemenea, semiconductorii complementari funcționează reciproc pentru a opri tensiunea o / p. Rezultatul este un design cu putere redusă, care asigură mai puțină căldură, din acest motiv, acești tranzistori au schimbat alte modele anterioare, cum ar fi CCD-urile din senzorii camerei și utilizate în majoritatea procesoarelor actuale. Memoria CMOS dintr-un computer este un fel de memorie RAM non-volatilă care stochează setările BIOS și informațiile privind ora și data. Cred că ați înțeles mai bine acest concept. În plus, orice întrebări referitoare la acest concept sau proiecte electronice , vă rugăm să oferiți sugestiile dvs. valoroase comentând în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru dvs., de ce CMOS este preferabil NMOS? INTRARE INTRARE LOGICĂ IEȘIRE IEȘIRE LOGICĂ 0 v 0 Vdd 1 Vdd 1 0 v 0 Poarta CMOS NAND
LA B Retea derulantă Pull-up Network IEȘIREA Y 0 0 OPRIT PE 1 0 1 OPRIT PE 1 1 0 OPRIT PE 1 1 1 PE OPRIT 0 Poarta CMOS NOR
LA B Da 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Fabricare CMOS
O viață a bateriei CMOS
Simptomele defecțiunii bateriei CMOS
Caracteristici CMOS
CCD Vs CMOS
În unele aplicații, senzorii CMOS se îmbunătățesc recent până acolo unde ajung aproape la egalitate cu dispozitivele CCD. În general, camerele CMOS nu sunt scumpe și au o durată mare de viață a bateriei.Latch-Up în CMOS
Avantaje
TTL este un circuit logic digital în care tranzistoarele bipolare funcționează pe impulsuri de curent continuu. Mai multe porți logice ale tranzistorului sunt alcătuite în mod normal dintr-un singur IC.Dezavantaje
Aplicații CMOS
