Διαφορά μεταξύ CMOS και NMOS Technology

Διαφορά μεταξύ CMOS και NMOS Technology

Ο πιο δημοφιλής Τεχνολογία MOSFET (τεχνολογία ημιαγωγών) που διατίθεται σήμερα είναι η τεχνολογία CMOS ή η συμπληρωματική τεχνολογία MOS. Η τεχνολογία CMOS είναι η κορυφαία τεχνολογία ημιαγωγών για ASIC, μνήμες, μικροεπεξεργαστές. Το κύριο πλεονέκτημα της τεχνολογίας CMOS σε σχέση με την τεχνολογία BIPOLAR και NMOS είναι η απόρριψη ισχύος - όταν το κύκλωμα αλλάζει τότε μόνο η ισχύς διαλύεται. Αυτό επιτρέπει την τοποθέτηση πολλών πυλών CMOS σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα από ό, τι στην τεχνολογία διπολικών και NMOS. Αυτό το άρθρο περιγράφει τη διαφορά μεταξύ της τεχνολογίας CMOS και NMOS.



Εισαγωγή στην τεχνολογία IC

Πυρίτιο Τεχνολογία IC μπορεί να ταξινομηθεί σε τύπους: Διπολικό, ημιαγωγό μεταλλικού οξειδίου και BiCMOS.


Τεχνολογία IC

Τεχνολογία IC





Η δομή των διπολικών τρανζίστορ έχει PNP ή NPN. Σε αυτα τύποι τρανζίστορ , η μικρή ποσότητα ρεύματος στο παχύτερο στρώμα βάσης ελέγχει μεγάλα ρεύματα μεταξύ του πομπού και του συλλέκτη. Τα βασικά ρεύματα περιορίζουν την πυκνότητα ολοκλήρωσης των διπολικών συσκευών.

Ένας μεταλλικός οξείδιο-ημιαγωγός ταξινομείται περαιτέρω σε διαφορετικές τεχνολογίες υπό PMOS, NMOS και CMOS. Αυτές οι συσκευές περιλαμβάνουν ημιαγωγό, οξείδιο και μεταλλική πύλη. Επί του παρόντος, το Polysilicon χρησιμοποιείται πιο συχνά ως πύλη. Όταν η τάση εφαρμόζεται στην πύλη, τότε ελέγχει το ρεύμα μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης. Δεδομένου ότι καταναλώνουν λιγότερη ισχύ και το MOS επιτρέπει υψηλότερη ενσωμάτωση.



Τεχνολογία BiCMOS χρησιμοποιεί τόσο CMOS όσο και διπολικά τρανζίστορ αυτά είναι ενσωματωμένα στο ίδιο τσιπ ημιαγωγών. Η τεχνολογία CMOS προσφέρει υψηλή αντίσταση I / P και χαμηλή αντίσταση O / P, υψηλή πυκνότητα συσκευασίας, συμμετρικά περιθώρια θορύβου και χαμηλή κατανάλωση ισχύος. Η τεχνολογία BiCMOS κατέστησε δυνατό τον συνδυασμό διπολικών συσκευών και τρανζίστορ CMOS σε μία μόνο διαδικασία με λογικό κόστος για την επίτευξη της υψηλής πυκνότητας ολοκλήρωσης της λογικής MOS

Η διαφορά μεταξύ της τεχνολογίας CMOS και NMOS

Η διαφορά μεταξύ της τεχνολογίας CMOS και της τεχνολογίας NMOS μπορεί εύκολα να διαφοροποιηθεί με τις αρχές λειτουργίας, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους όπως συζητήθηκε.


Τεχνολογία CMOS

Συμπληρωματικός μεταλλικός οξείδιο-ημιαγωγός (τεχνολογία CMOS) χρησιμοποιείται για την κατασκευή ICs και αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται σε ψηφιακά λογικά κυκλώματα, μικροεπεξεργαστές, μικροελεγκτές και στατική RAM. Η τεχνολογία CMOS χρησιμοποιείται επίσης σε διάφορα αναλογικά κυκλώματα όπως μετατροπείς δεδομένων, αισθητήρες εικόνας και σε πολύ ενσωματωμένους πομποδέκτες. Τα κύρια χαρακτηριστικά της τεχνολογίας CMOS είναι η χαμηλή στατική κατανάλωση ισχύος και η υψηλή ατρωσία θορύβου.

Συμπληρωματικός ημιαγωγός μεταλλικού οξειδίου

Συμπληρωματικός ημιαγωγός μεταλλικού οξειδίου

Το CMOS (συμπληρωματικό μεταλλικό οξείδιο-ημιαγωγός) είναι ένα ενσωματωμένο τσιπ ημιαγωγών με μπαταρία που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση των δεδομένων σε υπολογιστές. Αυτά τα δεδομένα κυμαίνονται από την ώρα ώρας και την ημερομηνία του συστήματος έως τις ρυθμίσεις υλικού ενός συστήματος για τον υπολογιστή σας. Το καλύτερο παράδειγμα αυτού του CMOS είναι μια μπαταρία σε σχήμα νομίσματος που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία της μνήμης του CMOS.

Όταν μερικά τρανζίστορ βρίσκονται σε κατάσταση OFF, ο συνδυασμός σειρών αντλεί σημαντική ισχύ μόνο κατά την εναλλαγή μεταξύ καταστάσεων ON & OFF. Επομένως, οι συσκευές MOS δεν παράγουν τόσο θερμότητα όσο και άλλες μορφές λογικής. Για παράδειγμα, TTL ( Λογική τρανζίστορ-τρανζίστορ ) ή λογική MOS, η οποία συνήθως έχει κάποιο ρεύμα ακόμη και όταν δεν αλλάζει κατάσταση. Αυτό επιτρέπει υψηλή πυκνότητα λειτουργικών λογικών σε ένα τσιπ. Λόγω αυτού του λόγου, αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται ευρύτερα και εφαρμόζεται σε μάρκες VLSI.

Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας CMOS

Η τυπική διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας CMOS είναι περίπου 10 χρόνια. Όμως, αυτό μπορεί να αλλάξει με βάση τη χρήση καθώς και το περιβάλλον όπου κι αν υπάρχει ο υπολογιστής. Εάν η μπαταρία CMOS καταστραφεί, τότε ο υπολογιστής δεν μπορεί να διατηρήσει την ακριβή ώρα, διαφορετικά, όταν ο υπολογιστής απενεργοποιηθεί. Για παράδειγμα, όταν ο υπολογιστής είναι ενεργοποιημένος, η ημερομηνία και η ώρα μπορούν να παρατηρηθούν όπως ορίστηκαν στις 12:00 μ.μ. & 1 Ιανουαρίου 1990. Επομένως, αυτό το σφάλμα καθορίζει κυρίως ότι η μπαταρία του CMOS είχε αποτύχει.

Μετατροπέας CMOS

Για οποιαδήποτε τεχνολογία IC στο σχεδιασμό ψηφιακών κυκλωμάτων, το βασικό στοιχείο είναι ο λογικός μετατροπέας. Μόλις γίνει κατανοητή η λειτουργία ενός κυκλώματος μετατροπέα, τα αποτελέσματα μπορούν να επεκταθούν στον σχεδιασμό των λογικών πυλών και των σύνθετων κυκλωμάτων.

Οι μετατροπείς CMOS είναι οι πιο διαδεδομένοι μετατροπείς MOSFET, οι οποίοι χρησιμοποιούνται στη σχεδίαση τσιπ. Αυτοί οι μετατροπείς μπορούν να λειτουργούν με υψηλή ταχύτητα και με λιγότερη απώλεια ισχύος. Επίσης, ο μετατροπέας CMOS έχει καλά χαρακτηριστικά λογικού buffer. Η σύντομη περιγραφή των μετατροπέων δίνει μια βασική κατανόηση της λειτουργίας του μετατροπέα. Η κατάσταση MOSFET σε διαφορετικές τάσεις i / p και απώλειες ισχύος λόγω ηλεκτρικού ρεύματος.

Μετατροπέας CMOS

Μετατροπέας CMOS

Ένας μετατροπέας CMOS έχει ένα τρανζίστορ PMOS και NMOS που συνδέεται στους ακροδέκτες πύλης και αποστράγγισης, ένα τροφοδοτικό τάσης VDD στο τερματικό πηγής PMOS και ένα GND συνδεδεμένο στο τερματικό πηγής NMOS, όπου το Vin συνδέεται με τους ακροδέκτες πύλης και το Vout συνδέεται στους ακροδέκτες αποστράγγισης.

Είναι σημαντικό να παρατηρήσετε ότι το CMOS δεν διαθέτει αντιστάσεις, γεγονός που το καθιστά πιο αποδοτικό από έναν κανονικό αντιστροφέα αντιστάτη-MOSFET. Καθώς η τάση στην είσοδο της συσκευής CMOS κυμαίνεται μεταξύ 0 και 5 βολτ, η κατάσταση των NMOS και PMOS ποικίλλει ανάλογα. Αν μοντελοποιήσουμε κάθε τρανζίστορ ως έναν απλό διακόπτη που ενεργοποιείται από το Vin, οι λειτουργίες του μετατροπέα μπορούν να φανούν πολύ εύκολα.

Πλεονεκτήματα CMOS

Τα τρανζίστορ CMOS χρησιμοποιούν την ηλεκτρική ισχύ αποτελεσματικά.

  • Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται σε μια σειρά εφαρμογών με αναλογικά κυκλώματα όπως αισθητήρες εικόνας, μετατροπείς δεδομένων κ.λπ. Τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας CMOS έναντι του NMOS είναι τα εξής.
  • Πολύ χαμηλή στατική κατανάλωση ισχύος
  • Μειώστε την πολυπλοκότητα του κυκλώματος
  • Η υψηλή πυκνότητα των λογικών λειτουργεί σε ένα τσιπ
  • Χαμηλή στατική κατανάλωση ισχύος
  • Υψηλή θωράκιση
  • Όταν τα τρανζίστορ CMOS αλλάζουν από τη μία κατάσταση στην άλλη, τότε χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα.
  • Επιπλέον, οι δωρεάν ημιαγωγοί περιορίζουν την τάση o / p δουλεύοντας αμοιβαία. Το αποτέλεσμα είναι ένας σχεδιασμός χαμηλής ισχύος που παρέχει λιγότερη θερμότητα.
  • Εξαιτίας αυτού του λόγου, αυτά τα τρανζίστορ έχουν αλλάξει άλλα προηγούμενα σχέδια, όπως CCD σε αισθητήρες κάμερας, καθώς και χρησιμοποιούνται στους περισσότερους τρέχοντες επεξεργαστές.

Εφαρμογές CMOS

Το CMOS είναι ένα είδος τσιπ, τροφοδοτείται από μια μπαταρία που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση της διαμόρφωσης ενός σκληρού δίσκου, καθώς και άλλων δεδομένων.

Συνήθως, τα τσιπ CMOS παρέχουν RTC (ρολόι πραγματικού χρόνου) καθώς και μνήμη CMOS εντός ενός μικροελεγκτή καθώς και έναν μικροεπεξεργαστή.

Τεχνολογία NMOS

Η λογική του NMOS χρησιμοποιεί MOSFET τύπου-n για λειτουργία μέσω της δημιουργίας ενός στρώματος αναστροφής εντός ενός τρανζίστορ τύπου p. Αυτό το στρώμα είναι γνωστό ως στρώμα n-καναλιού το οποίο μεταφέρει ηλεκτρόνια μεταξύ ακροδεκτών πηγής & αποστράγγισης τύπου n. Αυτό το κανάλι μπορεί να δημιουργηθεί εφαρμόζοντας τάση προς το 3ο τερματικό, δηλαδή το τερματικό πύλης. Παρόμοια με άλλα τρανζίστορ πεδίου ημιαγωγού μετάλλου οξειδίου μετάλλου, τα τρανζίστορ nMOS περιλαμβάνουν διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας όπως αποκοπή, τρίδιο, κορεσμό & κορεσμό ταχύτητας.

Η λογική οικογένεια του NMOS χρησιμοποιεί N-channel MOSFETS. Οι συσκευές NMOS (N-channel MOS) χρειάζονται μια μικρότερη περιοχή chip για κάθε τρανζίστορ σε σύγκριση με συσκευές P-channel, όπου το NMOS δίνει μεγαλύτερη πυκνότητα. Η οικογένεια λογικών NMOS δίνει επίσης υψηλή ταχύτητα λόγω της υψηλής κινητικότητας των φορέων φόρτισης σε συσκευές N-channel.

Έτσι, οι περισσότεροι μικροεπεξεργαστές & συσκευές MOS χρησιμοποιούν λογική NMOS, διαφορετικά ορισμένες δομικές παραλλαγές όπως DMOS, HMOS, VMOS & DMOS για τη μείωση της καθυστέρησης διάδοσης.

Το NMOS δεν είναι παρά ένας ημιαγωγός αρνητικού καναλιού μετάλλου οξειδίου που προφέρεται ως en-moss. Είναι ένας τύπος ημιαγωγού που χρεώνει αρνητικά. Για να ενεργοποιηθούν / απενεργοποιηθούν τα τρανζίστορ από την κίνηση των ηλεκτρονίων. Αντίθετα, το θετικό κανάλι MOS -PMOS λειτουργεί μετακινώντας κενές θέσεις ηλεκτρονίων. Το NMOS είναι ταχύτερο από το PMOS.

Ημιαγωγός αρνητικού καναλιού μετάλλου οξειδίου

Ημιαγωγός αρνητικού καναλιού μετάλλου οξειδίου

Ο σχεδιασμός του NMOS μπορεί να γίνει μέσω δύο υποστρωμάτων όπως ο τύπος n καθώς και ο τύπος p. Σε αυτό το τρανζίστορ, η πλειονότητα των φορέων φόρτισης είναι ηλεκτρόνια. Γνωρίζουμε ότι ο συνδυασμός PMPS και NMOS ονομάζεται τεχνολογία CMOS. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί κυρίως λιγότερη ενέργεια για λειτουργία σε παρόμοια έξοδο και παράγει χαμηλό θόρυβο καθ 'όλη τη διάρκεια της λειτουργίας της.

Μόλις δοθεί τάση στον ακροδέκτη της πύλης, τότε οι φορείς φόρτισης όπως οι τρύπες μέσα στο σώμα παρακινούνται μακριά από τον ακροδέκτη πύλης. Αυτό επιτρέπει τη διαμόρφωση ενός καναλιού τύπου n μεταξύ των δύο ακροδεκτών όπως η πηγή & η αποστράγγιση & η ροή του ρεύματος μπορεί να διεξαχθεί χρησιμοποιώντας ηλεκτρόνια από τους δύο ακροδέκτες από την πηγή προς την αποχέτευση χρησιμοποιώντας ένα επαγόμενο κανάλι τύπου-n.

Το τρανζίστορ NMOS είναι πολύ εύκολο να σχεδιαστεί καθώς και να κατασκευαστεί. Τα κυκλώματα που χρησιμοποιούν λογικές πύλες NMOS καταναλώνουν στατική ισχύ όταν το κύκλωμα είναι ανενεργό. Καθώς το ρεύμα DC τροφοδοτεί σε όλη τη λογική πύλη μόλις η έξοδος είναι χαμηλή.

Μετατροπέας NMOS

Ένα κύκλωμα μετατροπέα o / ps μια τάση που αντιπροσωπεύει το αντίθετο λογικό επίπεδο με το i / p του. Το διάγραμμα μετατροπέα NMOS φαίνεται παρακάτω, το οποίο κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας ένα μόνο τρανζίστορ NMOS σε συνδυασμό με ένα τρανζίστορ.

Μετατροπέας NMOS

Μετατροπέας NMOS

Διαφορά μεταξύ NMOS και CMOS

Η διαφορά μεταξύ NMOS και CMOS συζητείται στη μορφή πίνακα.

CMOS

NMOS

Το CMOS σημαίνει συμπληρωματικό μεταλλικό οξείδιο-ημιαγωγόNMOS σημαίνει ημιαγωγός μεταλλικού οξειδίου τύπου Ν
Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται για την κατασκευή IC που χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές εφαρμογές όπως μπαταρίες, ηλεκτρονικά εξαρτήματα, αισθητήρες εικόνας, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές.Η τεχνολογία NMOS χρησιμοποιείται για την κατασκευή λογικών πυλών καθώς και ψηφιακών κυκλωμάτων
Το CMOS χρησιμοποιεί συμμετρικά καθώς και συμπληρωματικά ζεύγη MOSFET όπως MOSFET τύπου p & n για τη λειτουργία λειτουργικών λογικώνΗ λειτουργία του τρανζίστορ NMOS μπορεί να γίνει κάνοντας ένα στρώμα αναστροφής εντός ενός σώματος τρανζίστορ τύπου p
Οι τρόποι λειτουργίας του CMOS είναι συσσώρευση όπως εξάντληση και αντιστροφήΤο NMOS διαθέτει τέσσερις τρόπους λειτουργίας που προσομοιώνουν άλλους τύπους MOSFET, όπως κοπής, τριόδου, κορεσμού και κορεσμού ταχύτητας.
Τα χαρακτηριστικά του CMOS είναι χαμηλή στατική κατανάλωση ισχύος, καθώς και υψηλή θωράκιση και θωράκισηΤα χαρακτηριστικά τρανζίστορ NMOS είναι, όταν η τάση αυξάνεται στο επάνω ηλεκτρόδιο, τότε η έλξη ηλεκτρονίων θα είναι εκεί προς την επιφάνεια. Σε ένα συγκεκριμένο εύρος τάσης, το οποίο θα περιγράψουμε σύντομα όπως η τάση κατωφλίου, όπου η πυκνότητα των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό θα υπερβεί την πυκνότητα των οπών.
Το CMOS χρησιμοποιείται σε ψηφιακά λογικά κυκλώματα, μικροεπεξεργαστές, SRAM (στατική μνήμη RAM) και μικροελεγκτέςΤο NMOS χρησιμοποιείται για την εφαρμογή ψηφιακών κυκλωμάτων καθώς και λογικών πυλών.
Το επίπεδο λογικής CMOS είναι 0 / 5VΤο λογικό επίπεδο NMOS εξαρτάται κυρίως από την αναλογία beta καθώς και από τα χαμηλά περιθώρια θορύβου
Ο χρόνος μετάδοσης του CMOS είναι tΕγώ= τφάΟ χρόνος μετάδοσης του CMOS είναι tΕγώ> τφά
Η διάταξη του CMOS είναι πιο τακτικήΗ διάταξη του NMOS είναι ακανόνιστη
Ο λόγος φόρτωσης ή κίνησης του CMOS είναι 1: 1/2: 1Ο λόγος φόρτωσης ή κίνησης του NMOS είναι 4: 1
Η πυκνότητα συσκευασίας είναι μικρότερη, συσκευή 2N για εισόδους NΗ πυκνότητα συσκευασίας είναι πυκνότερη, συσκευή N + 1 για εισόδους N
Η τροφοδοσία μπορεί να αλλάξει από 1,5 σε 15V VIH / VIL, ένα σταθερό κλάσμα της VDDΗ τροφοδοσία είναι σταθερή με βάση το VDD
Η πύλη μετάδοσης του CMOS θα περάσει και τα δύο λογικά καλάΜόνο πέρασμα «0», καλά πέρασμα «1» θα έχει VΤπτώση
Το σχήμα προφόρτισης του CMOS είναι, καθώς και τα δύο n & p είναι προσβάσιμα για το λεωφορείο προφόρτισης προς VΔΔ/ V.SSΑπλά χρεώσεις από VΔΔto VΤεκτός από τη χρήση bootstrapping
Η απορρόφηση ισχύος είναι μηδενική σε κατάσταση αναμονήςΣτο NMOS, όταν η έξοδος είναι «0» τότε η ισχύς διαλύεται

Γιατί προτιμάται η τεχνολογία CMOS έναντι της τεχνολογίας NMOS

Το CMOS σημαίνει συμπληρωματικό μεταλλικό οξείδιο-ημιαγωγό. Από την άλλη πλευρά, το NMOS είναι ημιαγωγός μεταλλικού οξειδίου MOS ή MOSFET (μεταλλικό οξείδιο-ημιαγωγός) τρανζίστορ εφέ πεδίου ). Αυτές είναι δύο οικογένειες λογικής, όπου το CMOS χρησιμοποιεί τόσο τρανζίστορ PMOS όσο και MOS για σχεδιασμό και το NMOS χρησιμοποιεί μόνο FET για σχεδιασμό. Το CMOS επιλέγεται έναντι του NMOS για σχεδιασμός ενσωματωμένου συστήματος . Διότι, το CMOS διαδίδει τόσο τη λογική o όσο και το 1, ενώ το NMOS διαδίδει μόνο τη λογική 1 που είναι VDD. Το O / P αφού περάσει από ένα, η πύλη NMOS θα ήταν VDD-Vt. Επομένως, προτιμάται η τεχνολογία CMOS.

Στις πύλες λογικής CMOS, ένα σύνολο MOSFET τύπου n τοποθετείται σε ένα αναπτυσσόμενο δίκτυο μεταξύ της ράγας τροφοδοσίας χαμηλής τάσης και της εξόδου. Αντί της αντίστασης φόρτωσης των λογικών πυλών NMOS, οι πύλες λογικής CMOS έχουν μια συλλογή MOSFET τύπου P σε ένα δίκτυο pull-up μεταξύ της ράγας υψηλής τάσης και της εξόδου. Επομένως, εάν και τα δύο τρανζίστορ έχουν τις πύλες τους συνδεδεμένες στην ίδια είσοδο, το MOSFET τύπου p θα είναι ενεργοποιημένο όταν το MOSFET τύπου n είναι απενεργοποιημένο και το αντίστροφο.

CMOS και NMOS και οι δύο εμπνευσμένοι από την ανάπτυξη των ψηφιακών τεχνολογιών, που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Τόσο το CMOS όσο και το NMOS χρησιμοποιούνται σε πολλά ψηφιακά κυκλώματα λογικής και λειτουργίες, στατική μνήμη RAM και μικροεπεξεργαστές. Αυτά χρησιμοποιούνται ως μετατροπείς δεδομένων και αισθητήρες εικόνας για αναλογικά κυκλώματα και επίσης χρησιμοποιούνται σε υποδοχείς Trans για πολλούς τρόπους τηλεφωνικής επικοινωνίας. Ενώ και τα δύο CMOS και NMOS έχουν την ίδια λειτουργία με τα τρανζίστορ τόσο για αναλογικά όσο και για ψηφιακά κυκλώματα, αλλά πολλοί άνθρωποι εξακολουθούν να επιλέγουν την τεχνολογία CMOS από την τελευταία για τα πολλά πλεονεκτήματά της.

Σε σύγκριση με το NMOS, η τεχνολογία CMOS είναι κορυφαίας ποιότητας. Ειδικά, όταν πρόκειται για χαρακτηριστικά όπως η χαμηλή στατική χρήση ισχύος και η αντίσταση στο θόρυβο, η τεχνολογία CMOS εξοικονομεί ενέργεια και δεν παράγει θερμότητα. Αν και δαπανηρό, πολλοί άνθρωποι προτιμούν την τεχνολογία CMOS λόγω της σύνθετης σύνθεσής της, γεγονός που καθιστά δύσκολη για τη μαύρη αγορά να κατασκευάζει την τεχνολογία που χρησιμοποιεί το CMOS.

ο Τεχνολογία CMOS και την τεχνολογία NMOS μαζί με τους μετατροπείς της, οι διαφορές συζητούνται εν συντομία σε αυτό το άρθρο. Επομένως, η τεχνολογία CMOS είναι η καλύτερη για σχεδιασμό ενσωματωμένου συστήματος. Για καλύτερη κατανόηση αυτής της τεχνολογίας, δημοσιεύστε τα ερωτήματά σας ως τα σχόλιά σας παρακάτω.