Ano ang isang CMOS: Prinsipyo sa Paggawa at Mga Aplikasyon Nito

Ang term na CMOS ay nangangahulugang 'Komplementaryong Metal Oxide Semiconductor'. Ito ay isa sa pinakatanyag na teknolohiya sa industriya ng disenyo ng maliit na tilad ng computer at malawak itong ginagamit ngayon upang makabuo integrated circuit sa marami at iba`t ibang mga application. Ang mga alaala sa computer ngayon, CPU, at cell phone ay gumagamit ng teknolohiyang ito dahil sa maraming pangunahing bentahe. Ginagamit ng teknolohiyang ito ang parehong mga aparato ng P channel at N channel semiconductor. Ang isa sa pinakatanyag na teknolohiya ng MOSFET na magagamit ngayon ay ang teknolohiyang Komplementaryong MOS o CMOS. Ito ang nangingibabaw na teknolohiya ng semiconductor para sa microprocessors, microcontroller chips, alaala tulad ng RAM, ROM, EEPROM at application integrated-integrated integrated circuit (ASIC).

Panimula sa Teknolohiya ng MOS

Sa disenyo ng IC, ang pangunahing at pinakamahalagang sangkap ay ang transistor. Kaya ang MOSFET ay isang uri ng transistor na ginagamit sa maraming mga application. Ang pagbuo ng transistor na ito ay maaaring gawin tulad ng isang sandwich sa pamamagitan ng pagsasama ng isang semiconductor layer, sa pangkalahatan ay isang manipis na tinapay, isang slice mula sa isang solong kristal ng silicon isang layer ng silicon dioxide at isang metal layer. Pinapayagan ng mga layer na ito ang mga transistors na mabuo sa loob ng materyal na semiconductor. Ang isang mahusay na insulator tulad ng Sio2 ay may isang manipis na layer na may isang daang mga molekula kapal.

Ang mga transistor na ginagamit namin ng polycrystalline silikon (poly) sa halip na metal para sa kanilang mga seksyon ng gate. Ang Polysilicon gate ng FET ay maaaring mapalitan halos gamit ang mga metal gate sa malalaking sukat na IC. Minsan, ang parehong polysilicon & metal FET's ay tinukoy bilang IGFET's na nangangahulugang insulated gate FETs, dahil ang Sio2 sa ibaba ng gate ay isang insulator.

CMOS (Komplementaryong Metal Oxide Semiconductor)

Pangunahing bentahe ng CMOS kaysa sa NMOS at ang teknolohiya ng BIPOLAR ay ang mas maliit na disipasyon ng kuryente. Hindi tulad ng mga circuit ng NMOS o BIPOLAR, ang isang Komplementaryong MOS circuit ay halos walang static power dissipation. Ang kapangyarihan ay napapawi lamang kung sakaling lumipat talaga ang circuit. Pinapayagan ang pagsasama ng mas maraming mga CMOS gate sa isang IC kaysa sa NMOS o teknolohiya ng bipolar , na nagreresulta sa mas mahusay na pagganap. Ang komplimentaryong Metal Oxide Semiconductor transistor ay binubuo ng P-channel MOS (PMOS) at N-channel MOS (NMOS). Mangyaring mag-refer sa link upang malaman ang tungkol sa ang proseso ng paggawa ng CMOS transistor .

CMOS (Komplementaryong Metal Oxide Semiconductor)

NMOS

Ang NMOS ay itinayo sa isang p-type substrate na may n-type na mapagkukunan at maubos ang kalat dito. Sa NMOS, ang karamihan ng mga carrier ay electron. Kapag ang isang mataas na boltahe ay inilapat sa gate, magsasagawa ang NMOS. Katulad nito, kapag ang isang mababang boltahe ay inilalapat sa gate, ang NMOS ay hindi magsasagawa. Ang NMOS ay itinuturing na mas mabilis kaysa sa PMOS, dahil ang mga carrier sa NMOS, na mga electron, ay naglalakbay nang dalawang beses nang mas mabilis sa mga butas.

Transistor ng NMOS

PMOS

Ang P- channel MOSFET ay binubuo ng P-type Source at Drain na nagkakalat sa isang N-type substrate. Ang karamihan ng mga carrier ay butas. Kapag ang isang mataas na boltahe ay inilalapat sa gate, ang PMOS ay hindi magsasagawa. Kapag ang isang mababang boltahe ay inilalapat sa gate, magsasagawa ang PMOS. Ang mga aparatong PMOS ay mas naiiwas sa ingay kaysa sa mga aparatong NMOS.

PMOS Transistor

Prinsipyo sa Paggawa ng CMOS

Sa teknolohiyang CMOS, ang parehong N-type at P-type transistors ay ginagamit upang magdisenyo ng mga pagpapaandar ng lohika. Ang parehong signal na ON ON ng isang transistor ng isang uri ay ginagamit upang i-OFF ang isang transistor ng iba pang uri. Pinapayagan ng katangiang ito ang disenyo ng mga aparato ng lohika na gumagamit lamang ng mga simpleng switch, nang hindi nangangailangan ng isang resistor na pull-up.

Sa CMOS mga gate ng lohika isang koleksyon ng mga n-type na MOSFET ay nakaayos sa isang pull-down network sa pagitan ng output at ng mababang boltahe na power supply rail (Vss o medyo madalas na ground). Sa halip na ang resistor ng pag-load ng mga gate ng lohika ng NMOS, ang mga CMOS logic gate ay mayroong isang koleksyon ng mga p-type na MOSFET sa isang pull-up network sa pagitan ng output at ng mas mataas na boltahe na riles (madalas na pinangalanang Vdd).

CMOS gamit ang Pull Up & Pull Down

Samakatuwid, kung ang parehong isang p-type at n-type transistor ay may koneksyon sa kanilang mga gate sa parehong input, ang p-type na MOSFET ay NAKA-ON kapag ang n-type na MOSFET ay OFF, at kabaliktaran. Ang mga network ay nakaayos na ang isa ay ON at ang iba pang OFF para sa anumang pattern ng pag-input tulad ng ipinakita sa figure sa ibaba.

Nag-aalok ang CMOS ng medyo mataas na bilis, mababang pagwawaldas ng kuryente, mataas na mga margin sa ingay sa parehong mga estado, at tatakbo sa isang malawak na hanay ng mga mapagkukunan at mga voltages ng pag-input (sa kondisyon na maayos ang pinagmulan ng boltahe) Bukod dito, para sa isang mas mahusay na pag-unawa sa prinsipyo ng Komplementaryong Metal Oxide Semiconductor na nagtatrabaho, kailangan naming talakayin sa maikling CMOS logic gate tulad ng ipinaliwanag sa ibaba.

Aling mga Device ang gumagamit ng CMOS?

Ang teknolohiyang tulad ng CMOS ay ginagamit sa iba't ibang mga chips tulad ng microcontrollers, microprocessors, SRAM (static RAM) at iba pang mga digital na circuit ng lohika. Ang teknolohiyang ito ay ginagamit sa isang malawak na hanay ng mga analog na circuit na may kasamang mga converter ng data, mga sensor ng imahe at lubos na isinasama na mga transceiver para sa maraming uri ng komunikasyon.

CMOS Inverter

Ang inverter circuit tulad ng ipinakita sa figure sa ibaba. Ito ay binubuo ng PMOS at NMOS FET . Ang input A ay nagsisilbing boltahe ng gate para sa parehong transistors.

Ang NMOS transistor ay may input mula sa Vss (ground) at ang PMOS transistor ay may input mula sa Vdd. Ang terminal Y ay output. Kapag ang isang mataas na boltahe (~ Vdd) ay ibinibigay sa input terminal (A) ng inverter, ang PMOS ay naging isang bukas na circuit, at ang NMOS ay naka-OFF kaya ang output ay hilahin pababa sa Vss.

CMOS Inverter

Kapag ang isang boltahe na mababang antas (

CMOS NAND Gate

Ang numero sa ibaba ay nagpapakita ng isang 2-input Komplementaryong MOS NAND gate. Binubuo ito ng dalawang serye ng mga transistor ng NMOS sa pagitan ng Y at Ground at dalawang parallel na PMOS transistors sa pagitan ng Y at VDD.

Kung ang alinman sa pag-input ng A o B ay lohika 0, hindi bababa sa isa sa mga transistor na NMOS ay MAO-OFF, sinisira ang daanan mula sa Y hanggang sa Ground. Ngunit hindi bababa sa isa sa mga transistor ng pMOS ay magiging ON, na lumilikha ng isang landas mula Y hanggang VDD.

Dalawang Input NAND Gate

Samakatuwid, ang output Y ay magiging mataas. Kung ang parehong mga input ay mataas, ang parehong mga nMOS transistors ay magiging ON at ang parehong mga pMOS transistors ay MAO-OFF. Samakatuwid, ang output ay magiging mababa sa lohika. Ang talahanayan ng katotohanan ng NAND logic gate na ibinigay sa talahanayan sa ibaba.

CMOS NOR Gate

Ang isang 2-input NOR gate ay ipinapakita sa figure sa ibaba. Ang mga NMOS transistors ay kahanay upang hilahin ang output na mababa kapag ang alinman sa input ay mataas. Ang mga transistor ng PMOS ay sunud-sunod upang hilahin ang output ng mataas kapag ang parehong mga input ay mababa, tulad ng ibinigay sa talahanayan sa ibaba. Ang output ay hindi iniiwan na lumulutang.

Dalawang Pag-input NOR Gate

Ang talahanayan ng katotohanan ng NOR logic gate na ibinigay sa talahanayan sa ibaba.

Paggawa ng CMOS

Ang paggawa ng mga transistor ng CMOS ay maaaring gawin sa manipis na tinapay ng silikon. Ang lapad ng manipis na tinapay mula sa 20mm hanggang 300mm. Sa ito, ang proseso ng Lithography ay kapareho ng imprenta. Sa bawat hakbang, ang iba't ibang mga materyales ay maaaring ideposito, naka-ukit kung hindi man may pattern. Napakadaling maintindihan ang prosesong ito sa pamamagitan ng pagtingin sa tuktok ng wafer pati na rin ang cross-seksyon sa loob ng isang pinasimple na pamamaraan ng pag-assemble. Ang katha ng CMOS ay maaaring magawa sa pamamagitan ng paggamit ng tatlong mga teknolohiya katulad ng N-well pt P-well, Twin na rin, isang SOI (Silicon on Insulator). Mangyaring mag-refer sa link na ito upang malaman ang tungkol sa Paggawa ng CMOS .

Isang Pamumuhay ng CMOS Battery

Ang karaniwang haba ng buhay ng isang baterya ng CMOS ay humigit-kumulang 10 Taon. Ngunit, maaari itong mabago batay sa paggamit at paligid saan man nakatira ang PC.

Kabiguan Mga Sintomas ng CMOS Battery

Kapag nabigo ang baterya ng CMOS, hindi mapapanatili ng computer ang eksaktong oras at petsa sa computer sa sandaling ito ay patayin. Halimbawa, sa sandaling NAKA-ON ang computer, maaari mong makita ang oras at petsa tulad ng 00:00 PM at Enero 1, 1990. Ang kasalanan na ito ay tumutukoy na ang baterya ng CMOS ay nabigo.

• Mahirap ang boot-up ng laptop
• Ang tunog ng beep ay maaaring malinang nabuo mula sa motherboard ng computer
• Ang oras at petsa ay nai-reset
• Ang mga peripheral ng mga computer ay hindi tumutugon nang tama
• Ang mga driver ng hardware ay nawala
• Hindi makakonekta ang Internet.

Mga Katangian ng CMOS

Ang pinakamahalagang katangian ng CMOS ay ang mababang paggamit ng static power, malaking ingay sa kaligtasan sa ingay. Kapag ang solong transistor mula sa pares ng MOSFET transistor ay naka-OFF pagkatapos ang serye na kumbinasyon ay gumagamit ng makabuluhang lakas sa buong paglipat sa gitna ng dalawang nakasaad tulad ng ON & OFF.

Bilang isang resulta, ang mga aparatong ito ay hindi nakakalikha ng basura ng init kumpara sa iba pang mga uri ng mga circuit ng lohika tulad ng TTL o NMOS na lohika, na karaniwang gumagamit ng ilang kasalukuyang nakatayo kahit na hindi nila binabago ang kanilang estado.

Papayagan ng mga katangiang CMOS na ito para sa pagsasama ng mga pagpapaandar ng lohika na may mataas na density sa isang integrated circuit. Dahil dito, ang CMOS ay naging pinaka-madalas na ginagamit na teknolohiya upang maipatupad sa loob ng mga chips ng VLSI.

Ang pariralang MOS ay isang sanggunian sa pisikal na istraktura ng MOSFET na may kasamang isang elektrod na may isang metal na gate na matatagpuan sa tuktok ng isang insulator ng oksido ng semiconductor na materyal.

Ang isang materyal tulad ng Aluminyo ay ginagamit lamang ng isang beses subalit ang materyal ay ngayon polysilicon. Ang pagdidisenyo ng iba pang mga pintuang metal ay maaaring gawin gamit ang isang pagbalik sa pamamagitan ng pagdating ng mga high-κ dielectric na materyales sa loob ng proseso ng proseso ng CMOS.

Ang CCD Vs CMOS

Ang mga sensor ng imahe tulad ng aparato na isinama sa pagsingil (CCD) at komplimentaryong metal-oxide-semiconductor (CMOS) ay dalawang magkakaibang uri ng teknolohiya. Ginagamit ang mga ito upang makuha ang imahe nang digital. Ang bawat sensor ng imahe ay may mga kalamangan, kawalan at aplikasyon.

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng CCD & CMOS ay ang paraan ng pagkuha ng frame. Ang isang aparato na sinamahan ng singil tulad ng CCD ay gumagamit ng isang pandaigdigang shutter samantalang ang CMOS ay gumagamit ng isang rolling shutter. Ang dalawang sensor ng imahe na ito ay binabago ang singil mula sa ilaw patungo sa elektrikal at iproseso ito sa mga electronic signal.

Ang proseso ng pagmamanupaktura na ginamit sa mga CCD ay espesyal upang mabuo ang kakayahang ilipat ang singil sa buong IC nang walang pagbabago. Kaya, ang proseso ng pagmamanupaktura na ito ay maaaring humantong sa labis na de-kalidad na mga sensor tungkol sa ilaw ng pagiging sensitibo at katapatan.

Sa kaibahan, ang mga CMOS chip ay gumagamit ng mga nakapirming pamamaraan ng pagmamanupaktura upang idisenyo ang maliit na tilad at ang isang katulad na proseso ay maaari ding magamit sa paggawa ng mga microprocessor. Dahil sa pagkakaiba-iba sa pagmamanupaktura, mayroong ilang mga malinaw na hindi pagkakapareho sa mga sensor tulad ng CCD 7 CMOS.

Ang mga sensor ng CCD ay kukuha ng mga imahe na may mas kaunting ingay at malaking kalidad samantalang ang mga sensor ng CMOS ay karaniwang mas pananagot sa ingay.

Karaniwan, ang CMOS ay gumagamit ng mas kaunting lakas samantalang ang CCD ay gumagamit ng maraming lakas tulad ng higit sa 100 beses sa CMOS sensor.

Ang katha ng mga chips ng CMOS ay maaaring gawin sa anumang karaniwang linya ng produksyon ng Si dahil may posibilidad silang maging napaka-murang kumpara sa mga CCD. Ang mga sensor ng CCD ay mas mature dahil ang mga ito ay ginawa ng masa sa loob ng mahabang panahon.

Ang parehong mga imaheng CMOS at CCD ay nakasalalay sa epekto ng photoelectric upang magawa ang de-koryenteng signal mula sa ilaw

Batay sa mga pagkakaiba sa itaas, ang mga CCD ay ginagamit sa mga camera upang ma-target ang mga de-kalidad na imahe sa pamamagitan ng maraming mga pixel at natitirang light sensitivity. Karaniwan, ang mga CMOS sensor ay may mas kaunting resolusyon, kalidad at pagkasensitibo.
Sa ilang mga application, ang mga CMOS sensor ay kasalukuyang nagpapabuti hanggang sa punto saan man makamit ang malapit sa pagkakapantay-pantay sa mga aparatong CCD. Pangkalahatan, ang mga CMOS camera ay hindi mahal at mayroon silang mataas na buhay ng baterya.

Latch-Up sa CMOS

Ang isang latch-up ay maaaring tinukoy bilang kapag ang maikling circuit ay nangyayari sa pagitan ng dalawang mga terminal tulad ng kapangyarihan at lupa upang ang mataas na kasalukuyang maaaring mabuo at IC ay maaaring nasira. Sa CMOS, ang latch-up ay ang pagkakaroon ng mababang impedance trail sa gitna ng power rail & ground rail dahil sa komunikasyon sa pagitan ng dalawang transistor tulad ng parasitiko PNP & NPN transistors .

Sa circuit ng CMOS, ang dalawang transistor tulad ng PNP & NPN ay konektado sa dalawang supply riles tulad ng VDD & GND. Ang proteksyon ng mga transistors na ito ay maaaring gawin sa pamamagitan ng resistors.

Sa isang paghahatid ng latch-up, ang kasalukuyang daloy mula sa VDD patungong GND diretso sa pamamagitan ng dalawang mga transistor upang ang isang maikling circuit ay maaaring mangyari, sa gayon ang matinding kasalukuyang daloy mula sa VDD patungo sa ground terminal.

Mayroong iba't ibang mga pamamaraan para sa pag-iwas sa latch-up

Sa pag-iwas sa latch-up, ang mataas na paglaban ay maaaring mailagay sa daanan upang ihinto ang daloy ng kasalukuyang sa buong supply at upang gawin ang β1 * β2 sa ibaba 1 sa pamamagitan ng paggamit ng mga sumusunod na pamamaraan.

Ang istraktura ng parasitiko SCR ay mai-beak sa nakapalibot na mga transistor tulad ng PMOS & NMOS sa pamamagitan ng isang insulate na layer ng oksido. Ang teknolohiya para sa proteksyon ng latch-up ay papatayin ang aparato sa sandaling mapansin ang latch-up.

Ang mga serbisyo sa pagsubok ng latch-up ay maaaring gawin ng maraming mga vendor sa merkado. Ang pagsubok na ito ay maaaring gawin sa pamamagitan ng isang pagkakasunud-sunod ng mga pagtatangka upang buhayin ang istraktura ng SCR sa CMOS IC samantalang ang mga kaugnay na pin ay naka-check kapag dumadaloy sa pamamagitan nito.

Pinayuhan na kumuha ng mga unang sample mula sa pang-eksperimentong lote at ipadala ang mga ito sa isang lab na pagsubok ng Latch-up. Ang lab na ito ay maglalapat ng lubos na makakamit na suplay ng kuryente at pagkatapos ay ibibigay ang kasalukuyang supply sa mga input at output ng maliit na tilad tuwing nangyayari ang isang Latch-up sa pamamagitan ng pagsubaybay sa kasalukuyang supply.

Mga kalamangan

Kabilang sa mga kalamangan ng CMOS ang mga sumusunod.

Ang mga pangunahing pakinabang ng CMOS higit sa TTL ay mahusay na margin ng ingay pati na rin ang mas kaunting pagkonsumo ng kuryente. Ito ay dahil sa walang tuwid na pagsasagawa ng linya mula sa VDD hanggang GND, mga oras ng taglagas batay sa mga kondisyon ng pag-input, pagkatapos ang paghahatid ng digital signal ay magiging madali at mababang gastos sa pamamagitan ng mga CMOS chip.

Ginagamit ang CMOS upang ipaliwanag ang dami ng memorya sa motherboard ng computer na itatabi sa mga setting ng BIOS. Pangunahing isinasama ng mga setting na ito ang petsa, oras, at mga setting ng hardware
Ang TTL ay isang digital na circuit ng lohika kung saan gumagana ang bipolar transistors sa DC pulses. Maraming mga transistor logic gate ang karaniwang binubuo ng isang solong IC.

Ang mga output kung CMOS magmaneho ng aktibo sa parehong paraan

• Gumagamit ito ng isang solong supply ng kuryente tulad ng + VDD
• Ang mga pintuang ito ay napaka-simple
• Ang impedance ng input ay mataas
• Ang lohika ng CMOS ay gumagamit ng mas kaunting lakas tuwing ito ay gaganapin sa isang itinakdang estado
• Ang pagwawaldas ng kuryente ay bale-wala
• Mataas ang fan out
• Pagkakatugma sa TTL
• Katatagan ng temperatura
• Ang kaligtasan sa ingay ay mabuti
• Siksik
• Napakahusay ng pagdidisenyo
• Matibay na mekanikal
• Malaki ang swing swing (VDD)

Mga Dehado

Ang mga kawalan ng CMOS ay nagsasama ng mga sumusunod.

• Dadagdagan ang gastos kapag tumaas ang mga hakbang sa pagpoproseso, gayunpaman, malulutas ito.
• Ang density ng pag-iimpake ng CMOS ay mababa kumpara sa NMOS.
• Ang mga MOS chip ay dapat na ma-secure mula sa pagkuha ng mga static na singil sa pamamagitan ng paglalagay ng mga lead na pinaikling kung hindi man ang mga static na singil na nakuha sa loob ng mga lead ay makakasira sa maliit na tilad. Ang problemang ito ay maaaring malutas sa pamamagitan ng pagsasama ng mga proteksiyon na circuit kung hindi man ang mga aparato.
• Ang isa pang sagabal ng inverter ng CMOS ay ang paggamit nito ng dalawang transistors na taliwas sa isang NMOS upang bumuo ng isang inverter, na nangangahulugang ang CMOS ay gumagamit ng mas maraming puwang sa maliit na maliit na tilad kumpara sa NMOS. Ang mga drawback na ito ay maliit dahil sa pag-unlad sa loob ng teknolohiyang CMOS.

Mga Application ng CMOS

Ang mga komplimentaryong proseso ng MOS ay malawak na ipinatupad at panimula nang pinalitan ang mga proseso ng NMOS at bipolar para sa halos lahat ng mga aplikasyon ng digital na lohika. Ang teknolohiyang CMOS ay ginamit para sa mga sumusunod na disenyo ng digital IC.

• Mga alaala sa computer, CPU
• Mga disenyo ng microprocessor
• Pagdidisenyo ng flash memory chip
• Ginamit upang mag-disenyo ng mga integrated circuit na tukoy sa application (ASIC)

Kaya, ang Sikat ang transistor ng CMOS sapagkat mahusay silang gumagamit ng elektrisidad na kuryente. Hindi sila gumagamit ng suplay ng elektrisidad tuwing nagbabago sila mula sa isang kundisyon patungo sa isa pa. Gayundin, ang mga komplimentaryong semiconductors ay nagtutulungan upang ihinto ang boltahe ng o / p. Ang kinalabasan ay isang disenyo ng mababang lakas na nagbibigay ng mas kaunting init, dahil sa kadahilanang ito, binago ng mga transistor na ito ang iba pang mga naunang disenyo tulad ng mga CCD sa loob ng mga sensor ng camera at ginamit sa karamihan ng kasalukuyang mga nagpoproseso. Ang memorya ng CMOS sa loob ng isang computer ay isang uri ng hindi pabagu-bago ng RAM na nag-iimbak ng mga setting ng BIOS at ang impormasyon ng oras at petsa.

Naniniwala ako na nakakuha ka ng mas mahusay na pag-unawa sa konseptong ito. Bukod dito, ang anumang mga query patungkol sa konseptong ito o mga proyekto sa electronics , mangyaring ibigay ang iyong mahahalagang mungkahi sa pamamagitan ng pagbibigay ng puna sa seksyon ng komento sa ibaba. Narito ang isang katanungan para sa iyo, bakit mas gusto ang CMOS kaysa sa NMOS?