De term CMOS staat voor 'Complementary Metal Oxide Semiconductor'. Dit is een van de meest populaire technologie in de computerchip-ontwerpindustrie en wordt tegenwoordig algemeen gebruikt om te vormen geïntegreerde schakelingen in talrijke en gevarieerde toepassingen. De huidige computergeheugens, CPU's en mobiele telefoons maken gebruik van deze technologie vanwege een aantal belangrijke voordelen. Deze technologie maakt gebruik van zowel P-kanaal- als N-kanaal halfgeleiderinrichtingen. Een van de meest populaire MOSFET-technologieën die momenteel beschikbaar zijn, is de complementaire MOS- of CMOS-technologie. Dit is de dominante halfgeleidertechnologie voor microprocessors, microcontrollerchips, geheugens zoals RAM, ROM, EEPROM en toepassingsspecifieke geïntegreerde schakelingen (ASIC's).
Inleiding tot MOS-technologie
In het IC-ontwerp is de transistor de belangrijkste en meest essentiële component. MOSFET is dus een soort transistor die in veel toepassingen wordt gebruikt. De vorming van deze transistor kan worden gedaan als een sandwich door een halfgeleiderlaag op te nemen, meestal een wafel, een plakje van een enkel kristal van silicium, een laag siliciumdioxide en een metaallaag. Deze lagen maken het mogelijk dat de transistors worden gevormd binnen het halfgeleidermateriaal. Een goede isolator zoals Sio2 heeft een dunne laag met een dikte van honderd moleculen.
De transistors die we gebruiken polykristallijn silicium (poly) in plaats van metaal voor hun poortsecties. De Polysilicon-poort van FET kan bijna worden vervangen met behulp van metalen poorten in grootschalige IC's. Soms worden zowel polysilicium als metalen FET's IGFET's genoemd, wat FET's met geïsoleerde poort betekent, omdat de Sio2 onder de poort een isolator is.
CMOS (complementaire metaaloxide-halfgeleider)
De belangrijkste voordeel van CMOS ten opzichte van NMOS en BIPOLAR-technologie is de veel kleinere vermogensdissipatie. In tegenstelling tot NMOS- of BIPOLAR-circuits, heeft een complementair MOS-circuit bijna geen statische vermogensdissipatie. Het vermogen wordt alleen gedissipeerd als het circuit daadwerkelijk schakelt. Hierdoor kunnen meer CMOS-poorten op een IC worden geïntegreerd dan in NMOS of bipolaire technologie , wat resulteert in veel betere prestaties. Complementaire Metal Oxide Semiconductor-transistor bestaat uit P-kanaal MOS (PMOS) en N-kanaal MOS (NMOS). Raadpleeg de link voor meer informatie het fabricageproces van CMOS-transistor
CMOS (complementaire metaaloxide-halfgeleider)
NMOS
NMOS is gebouwd op een p-type substraat met een n-type bron en afvoer erop verspreid. In NMOS zijn de meeste dragers elektronen. Wanneer een hoge spanning op de poort wordt toegepast, zal de NMOS geleiden. Evenzo zal NMOS niet geleiden wanneer een lage spanning op de poort wordt toegepast. NMOS wordt als sneller beschouwd dan PMOS, aangezien de dragers in NMOS, die elektronen zijn, twee keer zo snel reizen als de gaten.
NMOS-transistor
PMOS
P-kanaal MOSFET bestaat uit P-type Source en Drain verspreid op een N-type substraat. De meeste dragers zijn gaten. Wanneer een hoge spanning op de poort wordt toegepast, zal de PMOS niet geleiden. Wanneer een lage spanning op de poort wordt toegepast, zal de PMOS geleiden. De PMOS-apparaten zijn ongevoeliger voor ruis dan NMOS-apparaten.
PMOS-transistor
CMOS-werkingsprincipe
In CMOS-technologie worden zowel N-type als P-type transistors gebruikt om logische functies te ontwerpen. Hetzelfde signaal dat een transistor van het ene type inschakelt, wordt gebruikt om een transistor van het andere type UIT te schakelen. Deze eigenschap maakt het mogelijk om logische apparaten te ontwerpen met alleen eenvoudige schakelaars, zonder dat een pull-up-weerstand nodig is.
In CMOS logische poorten een verzameling n-type MOSFET's is gerangschikt in een pull-down netwerk tussen de uitgang en de laagspanningsvoedingsrail (Vss of vrij vaak aarde). In plaats van de belastingsweerstand van logische NMOS-poorten, hebben CMOS-logische poorten een verzameling p-type MOSFET's in een pull-up-netwerk tussen de uitgang en de rail met hogere spanning (vaak Vdd genoemd).
CMOS met Pull Up & Pull Down
Dus als de poorten van zowel een p-type als een n-type transistor zijn aangesloten op dezelfde ingang, zal de p-type MOSFET AAN zijn wanneer de n-type MOSFET UIT is, en vice versa. De netwerken zijn zo gerangschikt dat de ene AAN is en de andere UIT voor elk invoerpatroon, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
CMOS biedt relatief hoge snelheid, lage vermogensdissipatie, hoge ruismarges in beide toestanden en werkt over een breed scala aan bron- en ingangsspanningen (op voorwaarde dat de bronspanning vast is). Bovendien moeten we voor een beter begrip van het werkingsprincipe van de complementaire metaaloxide-halfgeleider in het kort de CMOS-logische poorten bespreken, zoals hieronder wordt uitgelegd.
Welke apparaten gebruiken CMOS?
Technologie zoals CMOS wordt gebruikt in verschillende chips zoals microcontrollers, microprocessors, SRAM (statische RAM) en andere digitale logische circuits. Deze technologie wordt gebruikt in een breed scala aan analoge circuits, waaronder dataconverters, beeldsensoren en sterk ingebouwde transceivers voor verschillende soorten communicatie.
CMOS-omvormer
Het invertercircuit zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Het bestaat uit PMOS en NMOS FET De ingang A dient als poortspanning voor beide transistors.
De NMOS-transistor heeft input van Vss (aarde) en de PMOS-transistor heeft input van Vdd. De klem Y wordt uitgevoerd. Wanneer een hoge spanning (~ Vdd) wordt gegeven aan ingangsklem (A) van de omvormer, wordt de PMOS een open circuit en wordt de NMOS UIT geschakeld, zodat de uitgang naar beneden wordt getrokken naar Vss.
CMOS-omvormer
Wanneer een lage spanning ( De onderstaande afbeelding toont een complementaire MOS NAND-poort met 2 ingangen. Het bestaat uit twee series NMOS-transistors tussen Y en aarde en twee parallelle PMOS-transistors tussen Y en VDD. Als ingang A of B logisch 0 is, zal ten minste één van de NMOS-transistors UIT zijn, waardoor het pad van Y naar Ground wordt verbroken. Maar minstens één van de pMOS-transistors zal AAN staan, waardoor een pad van Y naar VDD wordt gecreëerd. Twee Input NAND Gate Daarom zal de output Y hoog zijn. Als beide ingangen hoog zijn, zijn beide nMOS-transistors AAN en zijn beide pMOS-transistors UIT. Daarom zal de output logisch laag zijn. De waarheidstabel van de NAND-logische poort in de onderstaande tabel. Een NOR-poort met 2 ingangen wordt getoond in de onderstaande afbeelding. De NMOS-transistors zijn parallel geschakeld om de uitgang laag te houden wanneer een van de ingangen hoog is. De PMOS-transistors zijn in serie om de output hoog te trekken wanneer beide inputs laag zijn, zoals weergegeven in de onderstaande tabel. De uitvoer blijft nooit zweven. Twee Input NOR Gate De waarheidstabel van de NOR-logische poort in de onderstaande tabel. De fabricage van CMOS-transistors kan worden gedaan op de wafel van silicium. De diameter van de wafel varieert van 20 mm tot 300 mm. Hierin is het lithografieproces hetzelfde als de drukpers. Bij elke stap kunnen verschillende materialen worden afgezet, geëtst met een ander patroon. Dit proces is heel eenvoudig te begrijpen door zowel de bovenkant van de wafel als de dwarsdoorsnede te bekijken binnen een vereenvoudigde montagemethode. De fabricage van CMOS kan worden bereikt door drie technologieën te gebruiken, namelijk N-well pt P-well, Twin well, een SOI (Silicon on Insulator). Raadpleeg deze link voor meer informatie CMOS-fabricage De typische levensduur van een CMOS-batterij is ongeveer 10 jaar. Maar dit kan veranderen op basis van het gebruik en de omgeving, waar de pc zich ook bevindt. Als de CMOS-batterij uitvalt, kan de computer de exacte tijd en datum niet op de computer bijhouden als deze eenmaal is uitgeschakeld. Als de computer bijvoorbeeld eenmaal is ingeschakeld, ziet u mogelijk de tijd en datum zoals 12:00 PM en 1 januari 1990. Deze fout geeft aan dat de batterij van CMOS defect is. De belangrijkste kenmerken van CMOS zijn een laag statisch energieverbruik en een enorme immuniteit tegen ruis. Wanneer de enkele transistor van het paar MOSFET-transistoren is uitgeschakeld, gebruikt de seriecombinatie aanzienlijk vermogen tijdens het schakelen tussen de twee vermeld als AAN en UIT. Als gevolg hiervan genereren deze apparaten geen afvalwarmte in vergelijking met andere soorten logische circuits, zoals TTL- of NMOS-logica, die meestal enige staande stroom gebruiken, zelfs als ze hun toestand niet veranderen. Deze CMOS-kenmerken maken het mogelijk om logische functies met een hoge dichtheid te integreren in een geïntegreerd circuit. Hierdoor is CMOS de meest gebruikte technologie geworden die binnen VLSI-chips wordt uitgevoerd. De uitdrukking MOS is een verwijzing naar de fysieke structuur van de MOSFET, die een elektrode met een metalen poort bevat die zich bovenop een oxide-isolator van halfgeleidermateriaal bevindt. Een materiaal als aluminium wordt maar één keer gebruikt, maar het materiaal is nu polysilicium. Het ontwerpen van andere metalen poorten kan worden gedaan met behulp van een comeback door de komst van hoog-κ-diëlektrische materialen binnen het proces van het CMOS-proces. De beeldsensoren zoals het ladingsgekoppelde apparaat (CCD) en complementaire metaaloxide-halfgeleider (CMOS) zijn twee verschillende soorten technologieën. Deze worden gebruikt om de afbeelding digitaal vast te leggen. Elke beeldsensor heeft zo zijn voordelen, nadelen en toepassingen. Het belangrijkste verschil tussen CCD en CMOS is de manier waarop het frame wordt vastgelegd. Een ladingsgekoppeld apparaat zoals CCD gebruikt een globale sluiter, terwijl de CMOS een rolluik gebruikt. Deze twee beeldsensoren veranderen de lading van licht naar elektrisch en verwerken deze tot elektronische signalen. Het fabricageproces dat in CCD's wordt gebruikt, is speciaal om het vermogen te vormen om lading zonder wijziging over de IC te verplaatsen. Dit fabricageproces kan dus leiden tot sensoren van extreem hoge kwaliteit over lichtgevoeligheid en -getrouwheid. Daarentegen gebruiken CMOS-chips vaste fabricageprocedures om de chip te ontwerpen en een soortgelijk proces kan ook worden gebruikt bij het maken van de microprocessors. Vanwege de verschillen in fabricage zijn er enkele duidelijke verschillen tussen de sensoren zoals CCD 7 CMOS. CCD-sensoren zullen de beelden vastleggen met minder ruis en een enorme kwaliteit, terwijl de CMOS-sensoren meestal meer onderhevig zijn aan ruis. Gewoonlijk gebruikt CMOS minder stroom, terwijl de CCD veel stroom gebruikt, zoals meer dan 100 keer de CMOS-sensor. De fabricage van CMOS-chips kan op elke typische Si-productielijn worden gedaan, omdat ze doorgaans erg goedkoop zijn in vergelijking met CCD's. CCD-sensoren zijn volwassener omdat ze gedurende een lange periode in massa worden geproduceerd. Zowel de CMOS- als de CCD-imagers zijn afhankelijk van het effect van foto-elektrisch om het elektrische signaal van het licht te maken Op basis van de bovenstaande verschillen worden CCD's in camera's gebruikt om beelden van hoge kwaliteit te targeten via veel pixels en uitstekende lichtgevoeligheid. Gewoonlijk hebben CMOS-sensoren minder resolutie, kwaliteit en gevoeligheid. Een latch-up kan worden gedefinieerd als wanneer de kortsluiting optreedt tussen de twee terminals, zoals stroom en aarde, zodat hoge stroom kan worden gegenereerd en IC kan worden beschadigd. In CMOS is latch-up het optreden van een spoor met lage impedantie tussen de stroomrail en grondrail vanwege de communicatie tussen de twee transistors, zoals parasitaire PNP en NPN transistors In het CMOS-circuit zijn de twee transistors zoals PNP en NPN verbonden met twee voedingsrails zoals VDD en GND. De bescherming van deze transistors kan worden gedaan door middel van weerstanden. Bij een latch-up transmissie zal de stroom van VDD naar GND rechtstreeks door de twee transistors stromen, zodat er kortsluiting kan optreden, waardoor er extreme stroom zal vloeien van VDD naar de aardklem. Er zijn verschillende methoden om latch-up te voorkomen Bij het voorkomen van latch-up kan hoge weerstand in het spoor worden geplaatst om de stroom van stroom door de toevoer te stoppen en om β1 * β2 onder 1 te maken door de volgende methoden te gebruiken. De structuur van parasitaire SCR zal in de omgeving van transistors zoals PMOS en NMOS door een isolerende oxidelaag worden bekneld. De technologie voor latch-up-bescherming zal het apparaat uitschakelen zodra latch-up wordt opgemerkt. De testdiensten van latch-up kunnen door veel leveranciers in de markt worden uitgevoerd. Deze test kan worden gedaan door een reeks pogingen om de structuur van SCR in de CMOS IC te activeren, terwijl de bijbehorende pinnen worden gecontroleerd wanneer er overstroom doorheen stroomt. Het wordt aangeraden om de eerste monsters uit de experimentele partij te halen en naar een testlaboratorium van Latch-up te sturen. Dit lab zal de hoogst haalbare stroomtoevoer toepassen en vervolgens de stroomtoevoer naar de ingangen en uitgangen van de chip leveren wanneer een Latch-up plaatsvindt door de stroomtoevoer te bewaken. De voordelen van CMOS zijn onder meer de volgende. De belangrijkste voordelen van CMOS ten opzichte van TTL zijn een goede ruismarge en een lager stroomverbruik. Dit komt door het ontbreken van een rechte geleidende baan van VDD naar GND, valtijden op basis van de invoercondities, waarna de verzending van het digitale signaal gemakkelijk en goedkoop wordt via CMOS-chips. CMOS wordt gebruikt om de hoeveelheid geheugen op het moederbord van de computer uit te leggen die wordt opgeslagen in de instellingen van BIOS. Deze instellingen omvatten voornamelijk de datum, tijd en hardware-instellingen De uitgangen als CMOS actief op beide manieren aandrijft De nadelen van CMOS zijn onder meer de volgende. Complementaire MOS-processen werden op grote schaal geïmplementeerd en hebben de NMOS- en bipolaire processen fundamenteel vervangen voor bijna alle digitale logische toepassingen. CMOS-technologie is gebruikt voor de volgende digitale IC-ontwerpen. Dus de CMOS-transistor is erg beroemd omdat ze elektriciteit efficiënt gebruiken. Ze gebruiken geen elektrische voeding wanneer ze van de ene toestand naar de andere overgaan. Ook werken de complementaire halfgeleiders onderling om de o / p-spanning te stoppen. Het resultaat is een ontwerp met laag vermogen dat minder warmte levert, daarom hebben deze transistors andere eerdere ontwerpen, zoals CCD's in camerasensoren, veranderd en gebruikt in de meeste huidige processors. Het geheugen van de CMOS in een computer is een soort niet-vluchtige RAM die BIOS-instellingen en de informatie van tijd en datum opslaat. Ik denk dat u dit concept beter begrijpt. Verder kunnen eventuele vragen over dit concept of elektronica projecten , geef alstublieft uw waardevolle suggesties door te reageren in de commentaarsectie hieronder. Hier is een vraag voor u, waarom CMOS de voorkeur heeft boven NMOS? INVOER LOGICA-INGANG UITGANG LOGISCHE UITGANG 0 v 0 Vdd 1 Vdd 1 0 v 0 CMOS NAND-poort
NAAR B. Pull-down netwerk Pull-up netwerk UITGANG Y 0 0 UIT AAN 1 0 1 UIT AAN 1 1 0 UIT AAN 1 1 1 AAN UIT 0 CMOS NOR-poort
NAAR B. Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 CMOS-fabricage
Een levenslange CMOS-batterij
Storingssymptomen van CMOS-batterij
CMOS-kenmerken
CCD versus CMOS
In sommige toepassingen zijn CMOS-sensoren onlangs verbeterd tot het punt waar ze bijna gelijk zijn aan CCD-apparaten. Over het algemeen zijn CMOS-camera's niet duur en hebben ze een lange levensduur van de batterij.Latch-Up in CMOS
Voordelen
TTL is een digitaal logisch circuit waarbij bipolaire transistors werken op DC-pulsen. Meerdere logische transistorpoorten bestaan normaal gesproken uit een enkele IC.Nadelen
CMOS-toepassingen
