Różnica między technologią CMOS i NMOS

Najbardziej popularne Technologia MOSFET (technologia półprzewodnikowa) Obecnie dostępna jest technologia CMOS lub uzupełniająca technologia MOS. Technologia CMOS to wiodąca technologia półprzewodnikowa dla układów ASIC, pamięci, mikroprocesorów. Główną przewagą technologii CMOS nad technologią BIPOLAR i NMOS jest rozpraszanie mocy - przy przełączaniu obwodu rozpraszana jest tylko moc. Pozwala to na zamontowanie wielu bramek CMOS w układzie scalonym niż w technologii bipolarnej i NMOS. W tym artykule omówiono różnicę między technologią CMOS i NMOS.

Wprowadzenie do technologii IC

Krzem Technologia IC można podzielić na typy: bipolarne, półprzewodnik z tlenku metalu i BiCMOS.

Technologia IC

Struktura tranzystorów bipolarnych ma PNP lub NPN. W tych rodzaje tranzystorów , mała ilość prądu w grubszej warstwie bazowej kontroluje duże prądy pomiędzy emiterem a kolektorem. Prądy bazowe ograniczają gęstość integracji urządzeń bipolarnych.

Półprzewodnik z tlenkiem metalu jest dalej klasyfikowany do różnych technologii w ramach PMOS, NMOS i CMOS. Urządzenia te obejmują półprzewodnik, tlenek i metalową bramę. Obecnie polikrzem jest częściej używany jako brama. Kiedy napięcie jest przyłożone do bramki, kontroluje prąd między źródłem a drenem. Ponieważ zużywają mniej energii, a MOS umożliwia wyższą integrację.

Technologia BiCMOS wykorzystuje tranzystory CMOS i bipolarne, które są zintegrowane na tym samym chipie półprzewodnikowym. Technologia CMOS zapewnia wysoką impedancję I / P i niską impedancję O / P, wysoką gęstość upakowania, symetryczne marginesy szumów i niskie straty mocy. Technologia BiCMOS umożliwiła połączenie urządzeń bipolarnych i tranzystorów CMOS w jednym procesie przy rozsądnych kosztach, aby uzyskać integrację logiki MOS o wysokiej gęstości

Różnica między technologią CMOS i NMOS

Różnicę między technologią CMOS a technologią NMOS można łatwo odróżnić na podstawie omówionych zasad działania, zalet i wad.

Technologia CMOS

Komplementarny półprzewodnik z tlenkiem metalu (technologia CMOS) jest używany do konstruowania układów scalonych i ta technologia jest używana w cyfrowych układach logicznych, mikroprocesorach, mikrokontrolerach i statycznej pamięci RAM. Technologia CMOS jest również wykorzystywana w kilku obwodach analogowych, takich jak konwertery danych, czujniki obrazu i wysoce zintegrowane transceivery. Główne cechy technologii CMOS to niski statyczny pobór mocy i wysoka odporność na zakłócenia.

Uzupełniający półprzewodnik z tlenku metalu

CMOS (komplementarny półprzewodnik z tlenkiem metalu) to wbudowany układ półprzewodnikowy zasilany bateryjnie, używany do przechowywania danych w komputerach. Te dane obejmują zakres od godziny i daty systemowej do ustawień sprzętowych systemu na komputerze. Najlepszym przykładem tego CMOS jest bateria pastylkowa używana do zasilania pamięci CMOS.

Gdy kilka tranzystorów jest w stanie WYŁĄCZENIA, połączenie szeregowe pobiera znaczną moc tylko podczas przełączania między stanami WŁ. I WYŁ. Tak więc urządzenia MOS nie generują tak dużo ciepła odpadowego, jak inne formy logiki. Na przykład TTL ( Logika tranzystorowo-tranzystorowa ) lub logika MOS, które zwykle mają pewien prąd stały, nawet gdy nie zmieniają stanu. Pozwala to na dużą gęstość funkcji logicznych w chipie. Z tego powodu ta technologia jest najczęściej stosowana i jest implementowana w układach VLSI.

Żywotność baterii CMOS

Typowa żywotność baterii CMOS wynosi około 10 lat. Ale może się to zmienić w zależności od wykorzystania, a także środowiska, w którym znajduje się komputer. Jeśli bateria CMOS ulegnie uszkodzeniu, komputer nie będzie w stanie określić dokładnego czasu w innym przypadku, gdy komputer zostanie wyłączony. Na przykład po włączeniu komputera można zauważyć, że data i czas są ustawione na godzinę 12:00 i 1 stycznia 1990. Tak więc ten błąd głównie wskazuje, że bateria CMOS uległa awarii.

Falownik CMOS

Dla każdej technologii IC w projektowaniu układów cyfrowych podstawowym elementem jest falownik logiczny. Po dokładnym zrozumieniu działania obwodu falownika wyniki można rozszerzyć na projekt bramek logicznych i złożonych obwodów.

Falowniki CMOS są najczęściej używanymi falownikami MOSFET, które są używane w projektowaniu układów scalonych. Te falowniki mogą pracować z dużą prędkością i przy mniejszych stratach mocy. Ponadto falownik CMOS ma dobre właściwości bufora logicznego. Krótki opis falowników daje podstawową wiedzę na temat działania falownika. Stany MOSFET przy różnych napięciach i / p i stratach mocy spowodowanych prądem elektrycznym.

Falownik CMOS

Falownik CMOS ma tranzystor PMOS i NMOS, który jest podłączony do zacisków bramki i drenu, napięcie zasilające VDD na terminalu źródłowym PMOS i GND podłączone do terminala źródłowego NMOS, gdzie Vin jest podłączony do zacisków bramki i Vout jest podłączony do zacisków spustowych.

Należy zauważyć, że CMOS nie ma żadnych rezystorów, co czyni go bardziej energooszczędnym niż zwykły falownik rezystorowo-MOSFET. Ponieważ napięcie na wejściu urządzenia CMOS waha się między 0 a 5 woltów, stan NMOS i PMOS odpowiednio się zmienia. Jeśli zamodelujemy każdy tranzystor jako zwykły przełącznik aktywowany przez Vin, działanie falownika będzie można bardzo łatwo zobaczyć.

Zalety CMOS

Tranzystory CMOS efektywnie wykorzystują energię elektryczną.

• Urządzenia te są używane w wielu zastosowaniach z obwodami analogowymi, takimi jak czujniki obrazu, konwertery danych itp. Zalety technologii CMOS w porównaniu z NMOS są następujące.
• Bardzo niskie zużycie energii statycznej
• Zmniejsz złożoność obwodu
• Duża gęstość funkcji logicznych w chipie
• Niskie zużycie energii statycznej
• Wysoka odporność na zakłócenia
• Kiedy tranzystory CMOS zmieniają się z jednego stanu na inny, używają prądu elektrycznego.
• Ponadto uzupełniające się półprzewodniki ograniczają napięcie o / p, działając wzajemnie. Rezultatem jest konstrukcja o niskiej mocy, która zapewnia mniej ciepła.
• Z tego powodu tranzystory te zmieniły inne wcześniejsze konstrukcje, takie jak przetworniki CCD w czujnikach kamer, a także używane w większości obecnych procesorów.

Aplikacje CMOS

CMOS to jeden rodzaj chipa, zasilany z baterii używanej do przechowywania konfiguracji dysku twardego, a także innych danych.

Zwykle układy CMOS zapewniają RTC (zegar czasu rzeczywistego), a także pamięć CMOS w mikrokontrolerze i mikroprocesorze.

Technologia NMOS

Logika NMOS wykorzystuje tranzystory MOSFET typu n do działania poprzez tworzenie warstwy inwersyjnej w tranzystorze typu p. Warstwa ta jest znana jako warstwa n-kanałowa, która przewodzi elektrony między końcówkami źródła i drenu typu n. Ten kanał można utworzyć, przykładając napięcie do trzeciego zacisku, a mianowicie zacisku bramki. Podobnie jak inne tranzystory polowe półprzewodnikowe z tlenkiem metalu, tranzystory nMOS mają różne tryby pracy, takie jak odcięcie, trioda, nasycenie i nasycenie prędkości.

Rodzina logiki NMOS wykorzystuje N-kanałowe tranzystory MOSFET. Urządzenia NMOS (MOS z kanałem N) wymagają mniejszego obszaru chipa dla każdego tranzystora w porównaniu z urządzeniami z kanałem P, gdzie NMOS zapewnia wyższą gęstość. Rodzina logiki NMOS zapewnia również dużą prędkość ze względu na dużą mobilność nośników ładunku w urządzeniach z kanałem N.

Tak więc większość mikroprocesorów i urządzeń MOS wykorzystuje logikę NMOS, w przeciwnym razie niektóre warianty strukturalne, takie jak DMOS, HMOS, VMOS i DMOS, zmniejszają opóźnienie propagacji.

NMOS to nic innego jak półprzewodnik z tlenku metalu z kanałem ujemnym, który wymawia się jako en-moss. Jest to rodzaj półprzewodnika, który ładuje się ujemnie. Tak, że tranzystory są włączane / wyłączane przez ruch elektronów. W przeciwieństwie do tego kanał dodatni MOS -PMOS działa na zasadzie przesuwania wolnych elektronów. NMOS jest szybszy niż PMOS.

Półprzewodnik z tlenku metalu z kanałem ujemnym

Projektowanie NMOS można wykonać za pomocą dwóch substratów, takich jak typ n oraz typ p. W tym tranzystorze większość nośników ładunku to elektrony. Wiemy, że połączenie PMPS i NMOS nazywa się technologią CMOS. Technologia ta zużywa głównie mniej energii do pracy z podobną mocą i generuje niski poziom hałasu podczas swojej pracy.

Po podaniu napięcia do zacisku bramki, nośniki ładunku, takie jak otwory w ciele, są motywowane z dala od zacisku bramki. Pozwala to na konfigurację kanału typu n między dwoma zaciskami, takimi jak źródło i dren, a przepływ prądu może być prowadzony za pomocą elektronów z dwóch zacisków od źródła do drenu za pomocą indukowanego kanału typu n.

Tranzystor NMOS jest bardzo łatwy w projektowaniu i produkcji. Obwody korzystające z bramek logicznych NMOS zużywają energię statyczną, gdy obwód jest nieaktywny. Ponieważ prąd stały jest zasilany przez bramkę logiczną, gdy wyjście jest niskie.

Falownik NMOS

Obwód falownika wyłącza / psuje napięcie reprezentujące przeciwny poziom logiczny do jego I / p. Schemat falownika NMOS przedstawiono poniżej, który jest zbudowany przy użyciu pojedynczego tranzystora NMOS połączonego z tranzystorem.

Falownik NMOS

Różnica między NMOS i CMOS

Różnicę między NMOS i CMOS omówiono w formie tabelarycznej.

Dlaczego technologia CMOS jest preferowana w stosunku do technologii NMOS

CMOS to skrót od Complementary Metal-Oxide-Semiconductor. Z drugiej strony NMOS to półprzewodnik z tlenku metalu MOS lub MOSFET (metal-tlenek-półprzewodnik tranzystor polowy ). Są to dwie rodziny logiczne, w których CMOS wykorzystuje zarówno tranzystory PMOS, jak i MOS do projektowania, a NMOS używa tylko tranzystorów FET do projektowania. CMOS jest wybierany zamiast NMOS dla projekt systemu wbudowanego . Ponieważ CMOS propaguje zarówno logikę o, jak i 1, podczas gdy NMOS propaguje tylko logikę 1, czyli VDD. O / P po przejściu przez jeden, bramka NMOS będzie VDD-Vt. Dlatego preferowana jest technologia CMOS.

W bramkach logicznych CMOS zestaw tranzystorów MOSFET typu n jest umieszczony w sieci typu pull-down między szyną zasilania niskiego napięcia a wyjściem. Zamiast rezystora obciążenia bramek logicznych NMOS, bramki logiczne CMOS mają kolekcję tranzystorów MOSFET typu P w sieci podciągającej między szyną wysokiego napięcia a wyjściem. Dlatego, jeśli oba tranzystory mają swoje bramki podłączone do tego samego wejścia, tranzystor MOSFET typu p będzie włączony, gdy tranzystor MOSFET typu n będzie wyłączony i odwrotnie.

CMOS i NMOS są inspirowane rozwojem technologii cyfrowych, które są wykorzystywane do konstruowania układów scalonych. Zarówno CMOS, jak i NMOS są używane w wielu cyfrowe układy logiczne i funkcje, statyczna pamięć RAM i mikroprocesory. Są one używane jako konwertery danych i czujniki obrazu dla obwodów analogowych, a także używane w trans-receptorach dla wielu trybów komunikacji telefonicznej. Chociaż zarówno CMOS, jak i NMOS pełnią tę samą funkcję, co tranzystory w obwodach analogowych i cyfrowych, wiele osób nadal wybiera technologię CMOS zamiast tej drugiej ze względu na jej liczne zalety.

W porównaniu do NMOS technologia CMOS jest najwyższej jakości. Zwłaszcza jeśli chodzi o cechy, takie jak niskie statyczne wykorzystanie energii i odporność na szum, technologia CMOS oszczędza energię i nie wytwarza ciepła. Chociaż jest to kosztowna, wiele osób preferuje technologię CMOS ze względu na jej złożony skład, co utrudnia czarnemu rynkowi wyprodukowanie technologii używanej przez CMOS.

Plik Technologia CMOS i NMOS wraz z falownikami, różnice zostały pokrótce omówione w tym artykule. Dlatego technologia CMOS jest najlepsza do projektowania systemów wbudowanych. Aby lepiej zrozumieć tę technologię, zamieść swoje zapytania w komentarzach poniżej.