Co takiego wspaniałego w CMOS?

Przeczytałem tutaj wiele tematów. Czytam niektóre osoby, które wolą „mieć cechy CMOS” i tak dalej, również w niektórych arkuszach danych (takich jak AVR), mówią, że mają cechy CMOS itp. Pamiętam, kiedy kiedyś słowo „kompatybilne z CMOS”?

Dlaczego więc posiadanie „cech CMOS” sprawia, że ​​ludzie są dumni?

Logika CMOS (komplementarny półprzewodnik z tlenku metalu) ma wiele pożądanych cech:

1. Wysoka impedancja wejściowa. Sygnał wejściowy napędza elektrody z warstwą izolacji (tlenek metalu) między nimi a tym, co kontrolują. Daje im to niewielką pojemność, ale praktycznie nieskończoną oporność. Prąd wchodzący lub wychodzący z wejścia CMOS utrzymywany na jednym poziomie jest po prostu upływem, zwykle 1 µA lub mniejszym.

2. Wyjścia aktywnie działają w obie strony.

3. Wyjścia są w zasadzie szynami.

4. Logika CMOS zużywa bardzo mało energii, gdy jest utrzymywana w ustalonym stanie. Pobór prądu pochodzi z przełączania, gdy kondensatory są ładowane i rozładowywane. Nawet wtedy ma dobry stosunek prędkości do mocy w porównaniu do innych typów logiki.

5. Bramy CMOS są bardzo proste. Podstawową bramą jest falownik, który jest tylko dwoma tranzystorami. To w połączeniu z niskim zużyciem energii oznacza, że ​​dobrze nadaje się do gęstej integracji. Lub odwrotnie, masz dużo logiki co do wielkości, kosztów i mocy.

Odnosi się do tego, jak zbudowane są bramki na IC. CMOS oznacza komplementarny MOS (półprzewodnik z tlenku metalu), który wykorzystuje do budowy logiki zarówno PMOS, jak i NMOS (tj. Komplementarny).
CMOS jest szybki, ma duży wentylator i zużywa mniej energii niż inne technologie.

Inne rodziny to TTL (logika tranzystorowo-tranzystorowa, nadal używany NPN / PNP), ECL (logika sprzężona z emiterem - szybka, ale zużywa dużo energii - wciąż używana w różnych formach) DTL (logika tranzystorowa diodowa - stara) i RTL (tranzystor rezystorowy logika (starsza)

„Kompatybilny z CMOS” lub „Kompatybilny z TTL” jest często używany do opisania poziomów napięcia wymaganych dla logiki 1 i 0.

Oli i Olin wyjaśnili zalety CMOS, ale cofnę się o krok.

TL: DR: Uzupełniająca logika pozwala na wahania napięcia wyjściowego między szynami, a tranzystory MOSFET są bardzo skalowalną technologią (miliardy tranzystorów można uzyskać na małej powierzchni) o pewnych bardzo użytecznych właściwościach (w porównaniu do BJT).

Dlaczego CMOS?

Potrzeba uzupełniających się bram wynika z faktu, że najprostsza koncepcja bram opiera się na idei podciągania i opuszczania; oznacza to, że istnieje urządzenie (tranzystor lub zestaw tranzystorów), które podciąga wysoki poziom wyjściowy (do „1”) i inne urządzenie do obniżania (do „0”).

$V_{GS}>V_T>0.7V$

Tak komplementarny („C” w CMOS), ponieważ używasz dwóch urządzeń, które zachowują się w odwrotny sposób, a zatem są komplementarne. Następnie logika odwraca się, ponieważ nMOS (który ściąga w dół) wymaga wysokiego napięcia wejściowego („1”) do włączenia, a pMOS wymaga niskiego napięcia („0”).

Ale dlaczego MOS jest dobry?

I kilka dodatkowych informacji: jak powiedział Olin, głównym powodem rozprzestrzeniania się technologii MOSFET jest to, że jest to urządzenie płaskie, co oznacza, że ​​nadaje się do wykonania na powierzchni półprzewodnika.

Jest tak, ponieważ, jak widać na zdjęciu, budowanie MOSFET (jest to kanał n, kanał p na tym samym podłożu wymaga dodatkowego regionu domieszkowanego zwanego n-dołkiem) w zasadzie polega na domieszkowaniu dwóch regionów n + i zdjęcie bramki i kontaktów (bardzo bardzo uproszczone).

Tranzystory BJT są dziś również wytwarzane w technologii MOS, co oznacza „wytrawione” na powierzchni, ale zasadniczo składają się z trzech warstw półprzewodników różnie domieszkowanych, więc są one głównie przeznaczone do technologii dyskretnej. W rzeczywistości sposób, w jaki są teraz budowane, polega na tworzeniu tych trzech warstw na różnych głębokościach w krzemie i (tylko dla pomysłu), w najnowszej technologii zajmują one obszar w przybliżeniu kwadratu rzędu mikrometrów, podczas gdy tranzystory MOS mogą być Wbudowana technologia <20 nm (regularnie aktualizuj tę wartość), o całkowitej powierzchni, która może być rzędu około 100 nm². (zdjęcie po prawej)

Widzicie więc, że dodany do innych właściwości tranzystor MOSFET jest znacznie lepiej przystosowany (w dzisiejszej technologii) do integracji z bardzo dużą skalą lub VLSI.

W każdym razie tranzystor bipolarny jest nadal szeroko stosowany w analogowej elektronice, ze względu na lepsze właściwości liniowości. Ponadto BJT jest szybszy niż MOSFET zbudowany w tej samej technologii (rozumianej jako wymiary tranzystora).

CMOS vs MOS

Zauważ, że CMOS nie jest odpowiednikiem MOS: ponieważ C jest dla „komplementarnego”, jest to szczególna (nawet jeśli powszechnie stosowana) konfiguracja bram MOS, podczas gdy obwody o dużej prędkości często używają logiki dynamicznej, która ma zasadniczo na celu zmniejszenie pojemności wejściowej bramy W rzeczywistości próba przesunięcia technologii do granicy, posiadanie dwóch bramek pojemnościowych (jak CMOS) na wejściu, jest przyczyną utraty wydajności. Można powiedzieć, że wystarczy zwiększyć prąd dostarczony przez poprzedni stopień, ale na przykład 2x prędkość ładowania wymaga 2x prądu ładowania, co oznacza 2x przewodnictwo, które osiąga się przy 2x szerokości kanału, i - co zaskakujące - podwaja pojemność wejściowa.

Inne topologie, takie jak logika tranzystorowa, mogą uprościć strukturę niektórych bramek, a czasem osiągnąć wyższą prędkość.

O interfejsach

Zmieniając temat, mówiąc o mikrokontrolerach i interfejsach, ważne jest, aby pamiętać, że wysoka impedancja wejściowa bramek CMOS sprawia, że ​​bardzo ważne jest upewnienie się, że piny wejścia / wyjścia nigdy nie pozostaną swobodne (jeśli mają ochronę, jest to zapewnione wewnętrznie), ponieważ ich brama może być narażona na hałas zewnętrzny i przyjmować nieprzewidywalne wartości (z możliwym zatrzaśnięciem i uszkodzeniem). Stwierdzenie, że urządzenie ma charakterystykę CMOS, również powinno o tym poinformować.

Jeśli znasz alternatywy, które istniały przed pojawieniem się CMOS lub zanim CMOS był wystarczająco szybki, aby konkurować, zrozumiałbyś, że jest to świetna technologia.

Alternatywami były TTL, LS-TTL, P- lub NMOS.

Bez niskiego zużycia energii przez technologię CMOS żaden z obecnych mikroposiadaczy nie byłby nawet praktycznie praktyczny.

Dzisiejsze mikroprocesory CMOS mają gęstość mocy (rozpraszanie mocy na obszar mikroukładów), która jest podobna do gęstości płyty kuchennej. Wyobraź sobie, że gęstość mocy alternatywnych technologii byłaby 100 lub 1000 razy wyższa.

Aby dodać do tego, na co inni już odpowiedzieli, jednym z powodów, dla których producent chipów reklamuje swoją część, jest kompatybilny z CMOS lub ma rzeczywiste wyjścia CMOS, oznacza to, że możesz używać ich układu z wszystkimi innymi CMOS i CMOS- kompatybilne układy.

Na przykład, jeśli masz mikrokontroler lub układ FPGA ze stykami we / wy CMOS, możesz go używać z układami logicznymi kleju CMOS, CMOS EEPROM lub CMOS ADC. Posiadanie wszystkich tych części za pomocą znormalizowanego interfejsu oznacza, że ​​(głównie) wiesz, że możesz połączyć je wszystkie ze sobą, a one zadziałają.

CMOS odnosi się do technologii tworzenia układów scalonych (więc nie ma zastosowania do urządzeń pasywnych, takich jak rezystory). Istnieją inne technologie , takie jak TTL i NMOS.

Dużą zaletą CMOS jest to, że zużywa mniej energii niż inne technologie. Konstrukcja CMOS ma prawie zerowe zużycie energii statycznej. Tylko podczas przejść CMOS zużywa niemałą moc, ale nawet wtedy jest bardzo mały, ponieważ CMOS szybko się przełącza , rzędu pikosekund dla najszybszych praktycznych konstrukcji. (Właśnie dlatego mikrokontrolery zużywają więcej energii przy wyższych częstotliwościach zegara, ponieważ wyższe częstotliwości oznaczają częstsze przejścia).

Wszystko to oznacza mniej ciepła odpadowego i gęstsze układy scalone (tj. Mniejsze ślady IC dla tej samej funkcji). Jeśli Twoje urządzenie jest zasilane z baterii przez większość czasu lub musi być tak małe, jak to możliwe (np. Smartfony), to ogromna wygrana.

Zasadniczo klasyfikujemy rodziny logiczne w DWÓCH typach 1) rodziny logiczne unipolarne 2) rodziny logiczne bipol Układy scalone tej rodziny są konstruowane przy użyciu urządzenia unipolarnego, takiego jak MOSFET.