Rozdíl mezi technologií CMOS a NMOS

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





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

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

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

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

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

Střídač NMOS

Rozdíl mezi NMOS a CMOS

Rozdíl mezi NMOS a CMOS je popsán v tabulkové formě.

CMOS

NMOS

CMOS znamená Complementary metal-oxide-semiconductorNMOS 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 nProvoz tranzistoru NMOS lze provést vytvořením inverzní vrstvy v těle tranzistoru typu p
Režimy provozu CMOS jsou akumulace jako vyčerpání a inverzeNMOS 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 mikrokontrolérechNMOS se používá k implementaci digitálních obvodů i logických bran.
Logická úroveň CMOS je 0 / 5VLogická úroveň NMOS závisí hlavně na poměru beta a také na špatných úrovních šumu
Přenosová doba CMOS je t= tFPřenosová doba CMOS je t> tF
Rozložení CMOS je pravidelnějšíRozložení NMOS je nepravidelné
Poměr zatížení nebo pohonu CMOS je 1: 1/2: 1Poměr zatížení nebo pohonu NMOS je 4: 1
Hustota balení je menší, 2N zařízení pro N-vstupyHustota balení je hustší, zařízení N + 1 pro N-vstupy
Napájení se může měnit od 1,5 do 15V VIH / VIL, pevná část VDDNapájení je pevné na základě VDD
Přenosová brána CMOS projde oběma logiky dobřePouze přihrávka „0“, přihrávka „1“ bude mít VTpokles
Schéma předběžného nabíjení CMOS je, protože n&p jsou přístupné pro sběrnici předběžného nabíjení do VDD/ VSSJednoduše poplatky z VDDdo VTkromě využití bootstrappingu
Ztrátový výkon je v pohotovostním režimu nulovýPokud 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.