ההבדל בין CMOS לטכנולוגיית NMOS

הפופולרי ביותר טכנולוגיית MOSFET (טכנולוגיית מוליכים למחצה) הקיימת כיום היא טכנולוגיית CMOS או טכנולוגיית MOS משלימה. טכנולוגיית CMOS היא טכנולוגיית המוליכים למחצה המובילה עבור ASIC, זיכרונות, מיקרו-מעבדים. היתרון העיקרי של טכנולוגיית CMOS על פני טכנולוגיית BIPOLAR ו- NMOS הוא פיזור הכוח - כאשר המעגל מועבר אז רק הכוח מתפוגג. זה מאפשר התאמת שערי CMOS רבים במעגל משולב מאשר בטכנולוגיה דו קוטבית ו- NMOS. מאמר זה דן בהבדל בין טכנולוגיית CMOS וטכנולוגיית NMOS.

מבוא לטכנולוגיית IC

סִילִיקוֹן טכנולוגיית IC ניתן לסווג לסוגים: דו קוטבי, מוליך למחצה של תחמוצת מתכת ו- BiCMOS.

טכנולוגיית IC

למבנה הטרנזיסטורים הדו-קוטביים יש PNP או NPN. באלה סוגי טרנזיסטורים , כמות הזרם הקטנה בשכבת הבסיס העבה יותר שולטת בזרמים גדולים בין הפולט לקולט. זרמי בסיס מגבילים את צפיפות האינטגרציה של המכשירים הדו-קוטביים.

מוליך למחצה-תחמוצת-מתכת מסווג עוד לטכנולוגיות שונות תחת PMOS, NMOS ו- CMOS. מכשירים אלה כוללים מוליכים למחצה, תחמוצת ושער מתכת. נכון לעכשיו, Polysilicon משמש בדרך כלל יותר כשער. כאשר המתח מוחל על השער, הוא שולט בזרם בין המקור לניקוז. מכיוון שהם צורכים פחות חשמל ו- MOS מאפשר אינטגרציה גבוהה יותר.

טכנולוגיית BiCMOS מעסיקה גם CMOS וגם טרנזיסטורים דו קוטביים אלה משולבים באותו שבב מוליכים למחצה. טכנולוגיית CMOS מציעה עכבת קלט / פלט נמוכה ועכבת O / P נמוכה, צפיפות אריזה גבוהה, שולי רעש סימטריים ופיזור הספק נמוך. טכנולוגיית BiCMOS אפשרה לשלב התקנים דו קוטביים וטרנזיסטורי CMOS בתהליך יחיד בעלות סבירה להשגת אינטגרציה גבוהה של לוגיקה MOS

ההבדל בין CMOS לטכנולוגיית NMOS

ניתן להבדיל בקלות את ההבדל בין טכנולוגיית CMOS לטכנולוגיית NMOS על פי עקרונות העבודה, היתרונות והחסרונות שלהם כפי שפורט.

טכנולוגיית CMOS

מוליכים למחצה מתכתיים-תחמוצתיים משלימים (טכנולוגיית CMOS) משמשים לבניית ICs וטכנולוגיה זו משמשת במעגלים לוגיים דיגיטליים, מעבדים, מיקרו-בקרים ו- RAM סטטי. טכנולוגיית CMOS משמשת גם בכמה מעגלים אנלוגיים כמו ממירי נתונים, חיישני תמונה ובמקלטים משולבים במיוחד. המאפיינים העיקריים של טכנולוגיית CMOS הם צריכת חשמל סטטית נמוכה וחסינות רעש גבוהה.

מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת משלימה

CMOS (מוליך למחצה-מתכת-תחמוצת משלים) הוא שבב מוליכים למחצה המשולב על-ידי סוללה המשמש לאחסון הנתונים בתוך מחשבים. נתונים אלה נעים בין זמן מערכת ותאריך להגדרות חומרה של מערכת עבור המחשב שלך. הדוגמה הטובה ביותר ל- CMOS זה היא סוללת תאי מטבע המשמשת להפעלת זיכרון ה- CMOS.

כאשר כמה טרנזיסטורים במצב OFF, השילוב בין סדרות שואב כוח משמעותי רק במהלך מעבר בין מצבי ON ו- OFF. לכן, מכשירי MOS אינם מייצרים חום רב יותר כמו צורות אחרות של הגיון. לדוגמה, TTL ( טרנזיסטור-טרנזיסטור לוגיקה ) או לוגיקת MOS, שבדרך כלל יש זרם עמידה כלשהו גם כאשר לא משנה מצב. זה מאפשר צפיפות גבוהה של פונקציות לוגיות על שבב. מסיבה זו, טכנולוגיה זו נמצאת בשימוש הנפוץ ביותר והיא מיושמת בשבבי VLSI.

החיים של סוללת CMOS

אורך החיים האופייני של סוללת CMOS הוא כ -10 שנים. אבל, זה יכול להשתנות בהתבסס על השימוש והסביבה בכל מקום שבו המחשב קיים. אם סוללת ה- CMOS נפגעת, המחשב אינו יכול לשמור על השעה המדויקת אחרת בתאריך לאחר כיבוי המחשב. לדוגמה, לאחר הפעלת המחשב, ניתן להבחין בתאריך ובשעה כפי שהוגדרו לשעה 12:00 ו -1 בינואר 1990. לכן, שגיאה זו מציינת בעיקר שהסוללה של CMOS נכשלה.

מהפך CMOS

עבור כל טכנולוגיית IC בתכנון מעגלים דיגיטליים, האלמנט הבסיסי הוא מהפך ההיגיון. לאחר שמבינים היטב את פעולתו של מעגל מהפך, ניתן להרחיב את התוצאות לתכנון שערי ההיגיון והמעגלים המורכבים.

ממירי CMOS הם ממירי ה- MOSFET הנפוצים ביותר, המשמשים בתכנון שבבים. ממירים אלה יכולים לפעול במהירות גבוהה ועם פחות אובדן כוח. כמו כן, למהפך CMOS יש מאפייני חיץ לוגיקה טובים. התיאור הקצר של הממירים נותן הבנה בסיסית לגבי פעולתו של המהפך. מצבי MOSFET במתח i / p שונה ובהפסדי חשמל עקב זרם חשמלי.

מהפך CMOS

למהפך CMOS יש PMOS וטרנזיסטור NMOS המחובר למסופי השער והניקוז, ספק מתח VDD במסוף המקור PMOS, ו- GND המחובר במסוף המקור NMOS, שם Vin מחובר למסופי השער ול- Vout. מחובר למסופי הניקוז.

חשוב לשים לב כי ל- CMOS אין נגדים, מה שהופך אותו לחסכוני יותר מאשר מהפך נגד MOSFET נגד. מכיוון שהמתח בכניסה של מכשיר ה- CMOS משתנה בין 0 ל -5 וולט, מצבם של ה- NMOS וה- PMOS משתנה בהתאם. אם אנו מדגמנים כל טרנזיסטור כמתג פשוט המופעל על ידי Vin, ניתן לראות את פעולות המהפך בקלות רבה.

יתרונות CMOS

טרנזיסטורי CMOS משתמשים בכוח חשמלי ביעילות.

• התקנים אלה משמשים במגוון יישומים עם מעגלים אנלוגיים כמו חיישני תמונה, ממירי נתונים וכו '. היתרונות של טכנולוגיית CMOS על פני NMOS הם כדלקמן.
• צריכת חשמל סטטית נמוכה מאוד
• צמצם את מורכבות המעגל
• הצפיפות הגבוהה של לוגיקה מתפקדת על שבב
• צריכת חשמל סטטית נמוכה
• חסינות רעש גבוהה
• כאשר טרנזיסטורי CMOS משתנים ממצב אחד למשנהו, הם משתמשים בזרם חשמלי.
• בנוסף, המוליכים למחצה החינמיים מגבילים את מתח ה- o / p על ידי עבודה הדדית. התוצאה היא עיצוב בעל צריכת חשמל נמוכה המספק פחות חום.
• מסיבה זו, טרנזיסטורים אלה שינו עיצובים קודמים אחרים כמו CCD בחיישני מצלמה וכן בשימוש ברוב המעבדים הנוכחיים.

יישומי CMOS

ה- CMOS הוא סוג אחד של שבב, המופעל באמצעות סוללה המשמשת לאחסון התצורה של הכונן הקשיח, כמו גם נתונים אחרים.

בדרך כלל, שבבי CMOS מספקים RTC (שעון בזמן אמת) כמו גם זיכרון CMOS בתוך מיקרו-בקר, כמו גם מיקרו-מעבד.

טכנולוגיית NMOS

ההיגיון של NMOS משתמש ב- MOSFET מסוג n להפעלה באמצעות יצירת שכבת היפוך בתוך טרנזיסטור מסוג p. שכבה זו ידועה כשכבת תעלה n המוליכה אלקטרונים בין מסופי מקור כמו מסופי ניקוז. ניתן ליצור ערוץ זה על ידי הפעלת מתח לכיוון המסוף השלישי, כלומר מסוף השער. בדומה לטרנזיסטורי אפקט שדה מוליכים למחצה אחרים של תחמוצת מתכת, טרנזיסטורי nMOS כוללים מצבי פעולה שונים כמו חיתוך, טריודה, רוויה ורוויות מהירות.

משפחת ההיגיון של NMOS משתמשת ב- MOSFETS בערוץ N. התקני NMOS (MOS של ערוץ N) זקוקים לאזור שבב קטן יותר עבור כל טרנזיסטור בהשוואה למכשירי ערוץ P, כאשר NMOS נותן צפיפות גבוהה יותר. משפחת ההיגיון של NMOS נותנת מהירות גבוהה גם בגלל הניידות הגבוהה של מובילי הטעינה במכשירי ערוץ N.

לכן, רוב המעבדים והמכשירים MOS משתמשים בהיגיון NMOS אחרת כמה וריאציות מבניות כמו DMOS, HMOS, VMOS ו- DMOS כדי להפחית את עיכוב ההתפשטות.

NMOS אינו אלא מוליך למחצה של תחמוצת מתכת שלילית, והוא מבוטא כ- Moss. זהו סוג של מוליכים למחצה שנטענים בצורה שלילית. כך שטרנזיסטורים מופעלים על ידי תנועת אלקטרונים. לעומת זאת, הערוץ החיובי MOS -PMOS עובד על ידי העברת משרות פנויות של אלקטרונים. NMOS מהיר יותר מ- PMOS.

מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת שלילית

העיצוב של NMOS יכול להיעשות באמצעות שני מצעים כמו סוג n וגם סוג p. בטרנזיסטור זה, רוב מובילי המטען הם אלקטרונים. אנו יודעים שהשילוב של PMPS ו- NMOS נקרא טכנולוגיית CMOS. טכנולוגיה זו מנצלת בעיקר פחות אנרגיה להפעלה בהספק דומה ומייצרת רעש נמוך לאורך כל פעולתה.

לאחר מתן מתח למסוף השער, מונעי המטען כמו חורים בגוף מונעים הרחק ממסוף השער. זה מאפשר תצורה של ערוץ מסוג n בין שני המסופים כמו המקור והניקוז וניתן לנהל את זרימת הזרם באמצעות אלקטרונים משני המסופים ממקור לנקז באמצעות תעלה מסוג n המושרה.

טרנזיסטור NMOS קל מאוד לעיצוב כמו גם לייצור. המעגלים המשתמשים בשערי לוגיקה של NMOS צורכים כוח סטטי לאחר שהמעגל אינו פעיל. כמו זרם זרם זרם זרם DC בכל שער ההיגיון ברגע שהפלט נמוך.

ממיר NMOS

מעגל מהפך o / ps מתח המייצג את רמת ההיגיון ההפוכה ל- i / p שלו. דיאגרמת המהפך NMOS מוצגת למטה אשר בנויה באמצעות טרנזיסטור NMOS יחיד יחד עם טרנזיסטור.

ממיר NMOS

ההבדל בין NMOS ל- CMOS

ההבדל בין NMOS ל- CMOS נדון בצורה טבלאית.

מדוע עדיפות על טכנולוגיית CMOS על פני טכנולוגיית NMOS

CMOS מייצג מוליכים למחצה מתכת-תחמוצת משלימה. מצד שני, NMOS הוא מוליך למחצה מוליך למחצה MOS או MOSFET (מוליך למחצה מתכת-תחמוצת טרנזיסטור אפקט שדה ). מדובר בשתי משפחות לוגיות, כאשר CMOS משתמש בטרנזיסטורים PMOS ו- MOS הן לתכנון ו- NMOS משתמש רק ב- FETs לעיצוב. CMOS נבחר על פני NMOS עבור תכנון מערכת משובצת . מכיוון ש- CMOS מפיץ גם את ההיגיון o וגם את 1, ואילו NMOS מפיץ רק את ההיגיון 1 שהוא VDD. ה- O / P לאחר שעבר דרך אחד, שער ה- NMOS יהיה VDD-Vt. לכן, עדיפות טכנולוגיית CMOS.

בשערי לוגיקה של CMOS, קבוצה של MOSFET מסוג n ממוקמת ברשת נפתחת בין מסילת אספקת החשמל במתח נמוך לבין הפלט. במקום נגד העומס של שערי לוגיקה של NMOS, בשערי לוגיקה של CMOS יש אוסף של MOSFET מסוג P ברשת נשלפת בין מסילת המתח הגבוה לפלט. לכן, אם לשני הטרנזיסטורים שעריהם מחוברים לאותו קלט, ה- MOSFET מסוג p יהיה פעיל כאשר ה- MOSFET מסוג n אינו פעיל, ולהיפך.

CMOS ו- NMOS שניהם בהשראת הצמיחה בטכנולוגיות דיגיטליות המשמשות לבניית המעגלים המשולבים. הן CMOS והן NMOS משמשים ברבים מעגלי לוגיקה דיגיטליים ופונקציות, זיכרון RAM סטטי ומיקרו-מעבדים. אלה משמשים כממירי נתונים וחיישני תמונה למעגלים אנלוגיים ומשמשים גם בקולטני טרנספר עבור מצבים רבים של תקשורת טלפונית. בעוד של- CMOS ו- NMOS יש אותה פונקציה כמו טרנזיסטורים למעגלים אנלוגיים ודיגיטליים, אך אנשים רבים עדיין בוחרים בטכנולוגיית CMOS על פני יתרונותיה הרבים.

בהשוואה ל- NMOS, טכנולוגיית ה- CMOS איכותית ביותר. במיוחד כשמדובר בתכונות שלו כמו ניצול כוח נמוך סטטי ועמידות בפני רעש, טכנולוגיית CMOS חוסכת באנרגיה והיא לא מייצרת חום. אף על פי שהיא יקרה, הרבה אנשים מעדיפים את טכנולוגיית ה- CMOS בשל הרכבה המורכב, מה שמקשה על השוק השחור לייצר את הטכנולוגיה המשמשת את ה- CMOS.

ה טכנולוגיית CMOS וטכנולוגיית NMOS יחד עם הממירים שלה, ההבדלים נדונים בקצרה במאמר זה. לכן, טכנולוגיית CMOS היא הטובה ביותר לתכנון מערכות משובצות. להבנה טובה יותר של טכנולוגיה זו, אנא פרסם את שאילתותיך כהערותיך למטה.