CMOS teknologiarako sarrera
2024-07-09 6615

Elektronika digitalaren bilakaera metalezko oxido-erdieroale osagarrien (CMOS) teknologiaren garapenaren ondorioz izan da.Larrialdiak prozesatzeko abiadura azkarragoak eta energia-kontsumo eraginkorragoa lortzeko beharrak erantzunez, CMOS teknologiak zirkuituaren diseinua iraultzen du, potentzia eta seinalearen osotasuna kudeatzeko ikuspegi berritzailearekin.Uneko fluxuaren menpe dauden juntagailu transistore bipolarrak ez bezala, CMOS gailuek ez bezala, CMOS gailuek ate korrontea nabarmen murrizten duten tentsio kontrolatutako mekanismoak erabiltzen dituzte, eta horrela, potentzia galtzea gutxitzen dute.Teknologia honek 1970eko hamarkadan kontsumitzaileen elektronikan trakzioa lortu zuen, esaterako, erloju elektronikoetan, baina oso eskala handiko integrazioaren etorria izan zen (VLSI) 1980ko hamarkadan CMOS-en posizioa elektronika modernoan ardatz gisa zementatu zuten.ERA CMOS teknologia zirkuituaren fidagarritasuna, zarataren erresistentzia eta errendimendua hobetzeko tenperatura eta tentsio desberdinetan zehar, diseinuaren prozesu orokorra errazten duten bitartean.Hobekuntza horiek txipa bakarretik milaka eta milioika milioitik milioika kontatzen ez ezik, CMOen funtzionaltasuna luzatu zuten VLSI diseinu digital eta mistoetara, transistore-transistor logikoa (TTL) bezalako teknologia zaharragoak gainditzen ditu, bere abiadura handiagoa dela etabeheko tentsioko eragiketak.

Katalogo

CMOS teknologia ulertzea

Metal-oxido-erdieroale osagarrien garapena (CMOS) teknologia izugarria izan da zirkuitu digitalen diseinua aurrera egiteko.Batez ere sortu zen prozesatzeko eta energia kontsumo txikiagoa izateko beharra dela eta.Uneko fluxuaren araberakoak diren bidegurutze bipolar transistore (BJT) gailuak ez bezala, CMOS-ek tentsio kontrolatutako mekanismoak erabiltzen ditu.Alde nagusiak korrontea atean murrizten laguntzen du, potentzia galera nabarmen murriztuz.1970eko hamarkadan, CMOS kontsumitzaileen elektronikan erabili zen batez ere, esaterako, erloju elektronikoak.

Paisaia 1980ko hamarkadan aldatu zen oso eskala handiko integrazioaren (VLSI) teknologiaren etorrerarekin, eta horrek asko hartu zuen CMOak hainbat arrazoirengatik.CMOSek energia gutxiago erabiltzen du, zarataren erresistentzia hobea eskaintzen du eta tenperatura eta tentsioetan zehar ondo egiten du.Zirkuituaren diseinua ere sinplifikatzen du eta fidagarritasuna eta malgutasuna areagotzen ditu.Ezaugarri horiek CMOS-en oinarritutako txipen integrazio-dentsitatea handitzea ahalbidetu zuen, milaka eta milioika transistors txip bakoitzeko.

Gaur egun, CMOS erabilgarria da VLSI diseinu digitaletarako eta mistoko diseinuetarako, Transistor-Transistor Logika (TTL) bezalako teknologia zaharragoak gainditzen ditu beheko tentsioetan abiadura eta eraginkortasunagatik.Erabilera zabalak CMOS-en eragin eraldatzailea nabarmentzen du elektronika modernoan, eguneroko tramankuluetatik sistema konputazional aurreratuetatik guztientzako teknologia bihurtuz.

1. irudia: ezaugarri elektrikoak orekatzeko erabiltzea

CMOSen funtzionamendu printzipioa

Metal-oxido-erdieroale osagarrien oinarrizko printzipioak (CMOS) teknologiak n motako eta P motako transistore pare bat erabiltzen du zirkuitu logiko eraginkorrak sortzeko.Sarrera seinale bakarreko transistore horien aldaketaren portaera kontrolatzen du, bestea itzalita biratuz.Diseinu honek beste erdieroale teknologietan erabiltzen diren ohiko ertzetako beharra ezabatzen du, diseinua sinplifikatuz eta energia eraginkortasuna hobetzea.

CMOS konfigurazioan, M-motako mosfetak (metal-oxido-erdieroalearen eremuaren efektu-transistoreak) tira-sarea osatzen dute logika atearen irteera tentsio baxuko hornikuntzara konektatzen, normalean lurrean (VSS).Horrek NMOS Logikoko zirkuitu zaharretan karga-erresistentziak ordezkatzen ditu, tentsio trantsizioak kudeatzeko eta potentzia galerarako joera handiagoa izan baitzen.Alderantziz, P-Type Mosfets-ek irteera sarea sortzen du, irteera tentsio handiagoa (VDD) lotzen duena.Sare bikoitzeko antolamendu honek irteerak ekarpenak modu errazean eta aurreikusten direla ziurtatzen du.

P z motako mosfet baten atea aktibatuta dagoenean, dagokion N motako mosfet eten egiten da eta alderantziz.Elkargune honek zirkuituaren arkitektura ez ezik, gailuaren fidagarritasun eta funtzionaltasun funtzionamendua areagotzen du.CMOS teknologia onuragarria da sistema elektroniko fidagarriak eta eraginkorrak behar dituzten erabiltzaileentzat.

2. irudia: CMOS Tech-aren sarrera

Bihurgailua

Inbertsorea zirkuitu digitalen diseinuko elementu nagusia da, batez ere, binary aritmetiko eta logikoen eragiketaetarako.Funtzio nagusia logika bitarren mailaren barruan sarrerako seinalea berraztertzea da.Baldintza sinpleetan, '0' bat da, baxua edo zero voltutzat jotzen da, eta '1' altua edo v volt da.Inbertsore batek 0 volt-en sarrera jasotzen duenean, voltak ateratzen ditu eta Voltak jasotzen dituenean, 0 volt ditu.

Egiazko mahai batek normalean alderantzizko funtzioa erakusten du sarrera posible guztiak eta dagozkien irteerak zerrendatuz.Taula honek argi eta garbi erakusten du '0' sarrera "1" irteera bat sortzen duela "1" -ren sarrera "0" irteera batean.Inbertsio prozesu hau beharrezkoa da erabaki logikoetarako eta datuen tratamendua informatika eta sistema digitaletan.

Inbertsorearen eragiketa beharrezkoa da elkarrekintza digital konplexuagoak lortzeko.Goi mailako konputazio zereginak betearazteko leuna da eta datu-fluxuak zirkuituen barruan kudeatzen laguntzen du.

1. taula: Inverter Truth Taula

Cmos bihurgailua

CMOS bihurgailua elektronikan eraginkortasun eredua da, seriean konektatutako NMOS eta PMO transistoreekin diseinu sinplea duena.Haien ateak sarrera gisa lotuta daude, eta haien hustubideak lotuta daude irteera osatzeko.Antolamendu honek energia xahutzea murrizten du, energia eraginkortasunerako zirkuitua optimizatuz.

Sarrerako seinalea altua denean (logika '1'), NMOS transistoreak aktibatzen du, korrontea zuzentzen eta irteera egoera baxura (logika '0').Aldi berean, PMOS transistorea desagertuta dago, hornidura positiboa isolatuz irteeratik.Alderantziz, sarrera baxua denean (logika '0'), NMOS transistorea itzali egiten da eta PMOS transistorea aktibatzen da, irteera egoera altu batera (logika '1').

NMO eta PMO transistoreen arteko koordinazio horrek bihurgailuak irteera egonkorra mantentzeko aukera ematen du V ariat ioiak sartu arren.Transistore bat beti desaktibatuta dagoela, bestea pizten den bitartean, CMOS bihurgailuak boterea mantentzen du eta bide elektriko zuzena lurrera eramaten du.Alferrikako boterea hustubidea ekiditen lagunduko du.Transistore-konfigurazio bikoitz honek CMOS inbertsorearen eginkizun nagusia zirkuitu digitalean definitzen du, logika-inbertsio fidagarria eskainiz energia kontsumo minimoarekin eta seinaleen osotasunarekin.

3. irudia: CMOS Logic ateak

NMOS bihurgailua

NMOS bihurgailua konfigurazio zuzena eta eraginkorra erabiliz eraikitzen da.Konfigurazio honetan, atea sarrera da, ihesa funtzioak irteera gisa, eta bai iturria bai substratua oinarritzen dira.Antolamendu honen muina hobekuntza motako N-Channel Mosfet da.Tentsio positiboa aplikatu da hustubideari karga erresistentziaren bidez, eskuineko bihurritasuna ezartzeko.

Atearen sarrera oinarritzen denean, logika '0' irudikatzen da, ez da tentsiorik dagoen atean.Tentsio falta horrek kanal eroale batek Mosfeten eratzea eragozten du, erresistentzia handia duen zirkuitu irekia bihurtuz.Ondorioz, korronte minimoak iturritik ihes egitean, irteerako tentsioa + V-tik gertu dagoen + V-ra igotzea eragiten du.Tentsio positiboa atean aplikatzen denean, elektroiak atea oxidoaren interfazera erakartzen du, n motako kanala osatuz.Kanal honek iturriaren eta husteko erresistentzia murrizten du, korronteari irteera-tentsioa ia beheko mailara edo logika -1.10.

Eragiketa honek NMOS bihurgailua tira-gailu eraginkor gisa erakusten du, aldatzeko aldaketetarako zereginetarako erabilgarria.Lagungarria da konfigurazio honek egoera gehiago kontsumitzeko joera duenean "egoera" batean.Transistorea aktibo dagoenean, energia-hornikuntzatik isurtzen den korronte etengabea da.

PMOS bihurgailua

4. irudia: CMOS ICS Oinarriak

PMOS bihurgailua NMOS bihurgailuaren antzekoa da, baina alderantzizko konexio elektrikoekin.Konfigurazio honetan, PMO transistore bat substratuan eta iturrian aplikatutako tentsio positibo batekin erabiltzen da, eta karga erresistentziak lurrera konektatuta dagoen bitartean.

Sarrerako tentsioa altua denean + v (logika '1'), ate-iturriaren tentsioa zero bihurtzen da, transistorea 'off' bihurtuz.Horrek erresistentzia handiko bidea sortzen du iturriaren eta husteko artean, irteerako tentsioa baxua mantenduz '0' logikan.

Sarrera 0 volt ('0' logika) denean, ate-iturriaren tentsioa iturriaren aldean negatibo bihurtzen da.Tentsio negatibo honek atearen kondentsadorea kobratzen du, erdieroalearen gainazala N-motatik P-motara alderantziz, eta kanal eroale bat osatuz.Kanal honek izugarri murrizten du iturriaren eta husteko erresistentzia, korronteak iturritik ihes egiteko modua ahalbidetuz.Ondorioz, irteerako tentsioa hornidura-tentsiotik + V-ra igotzen da, '1' logika bati dagokiona.

Horrela, PMOS transistoreak tiraka gailu gisa jokatzen du, hornidura-tentsio positiboaren aurkako erresistentzia txikia eskaintzen dutenak.Horrek PMOS inbertsoreak osagai nagusi bat bihurtzen du alderantzizko logika egonkorra eta fidagarria sortzeko.Irteera behar denean egoera altuaraino zuzentzen dela ziurtatzen du.

CMOS baten atal gurutzatua

5. irudia: CMOS Atearen atal gurutzatua

CMOS txip batek NMOak eta PMO transistoreak silizio substratu bakarrean konbinatzen ditu, bihurgailu trinko eta eraginkorra osatuz.Konfigurazio honen zeharkako atala ikusteak transistore horien kokapen estrategikoa erakusten du, funtzionaltasuna optimizatzen eta interferentzia elektrikoak murriztuz.

PMOS Transistor N motako substratuan txertatuta dago, eta NMOS transistorea P-Putzu izeneko P-motako gune bereizi batean kokatzen da.Antolamendu honek transistore bakoitza baldintza egokienean funtzionatzen duela ziurtatzen du.P-putzuak NMOS Transistor-en eta NMOSen eta PMO transistoreen bide elektrikoak isolatzen ditu, interferentziak prebenitzea.Isolamendu hau lagungarria da seinalearen osotasuna eta CMOS zirkuituaren errendimendu orokorra mantentzeko.

Konfigurazio honek txipa estatu altu eta baxuko estatuen artean azkar eta modu fidagarrian aldatzeko aukera ematen du.Bi transistore motak unitate bakarrean integratuz, CMOS Diseinuak ezaugarri elektrikoak orekatzen ditu, zirkuitu eragiketa egonkorragoak eta eraginkorragoak izanik.Integrazio horrek tamaina murrizten du eta gailu elektroniko modernoen errendimendua hobetzen du, CMOS teknologiaren atzean dagoen ingeniaritza aurreratua erakutsiz.

CMOS bihurgailu baten boterea

CMOS teknologiaren funtsezko ezaugarria da potentzia xahutzean, batez ere estatu estatikoetan edo inaktiboan.Inaktibo denean, CMOS bihurgailuak oso botere gutxi marrazten du transistore "desaktibatuta" korronte minimo bat baino ez baitu.Eraginkortasun hori lagungarria da energia hondakinak mantentzeko eta gailu eramangarrien bateriaren bizitza luzatzeko.

6. irudia: CMOS sentsoreak - kamera industrialetarako

Eragiketa dinamikoan, inbertsorearen etengailuen estatuak, boterea aldi baterako handitzen denean.Erpin hau, une labur batez, nMOak eta PMO transistoreak partzialki aktibatuta daudelako, hornidura tentsiotik lurrera zuzeneko bide zuzena sortzea.Gehikuntza iragankorra izan arren, CMOS bihurgailu baten batez besteko energia kontsumoa transistore-transistor logikoa (TTL) bezalako teknologia zaharragoak baino askoz ere txikiagoa da.

Mota operatibo desberdinetan energia-erabilera baxuko erabilera horrek CMOS zirkuituen eraginkortasuna hobetzen du.Potentzia erabilgarritasuna mugatua den aplikazioetarako aproposa da, hala nola gailu mugikorrak eta bateriak dituzten bestelako teknologiak.

CMOS inbertsoreen egoera egonkorreko potentzia baxuak bero gutxiago sortzen du eta horrek estres termikoa murrizten du gailuaren osagaietan.Bero-sorkuntza murriztua gailu elektronikoen bizitza luzatu dezake, CMOS teknologia funtsezko faktorea bihurtuz sistema elektroniko iraunkorragoak eta kostu-eraginkorragoak diseinatzeko.

CMOS bihurgailuaren dc tentsio transferentziaren ezaugarria

7. irudia: Boterea eta abiadura eraginkortasuna lortzeko zirkuituak optimizatu

CMOS bihurgailu baten DC Voltage transferentziaren ezaugarria (VTC) bere portaera ulertzeko tresna nagusia da.Sarrera eta irteerako tentsioen arteko erlazioa baldintza estatikoetan (aldakorrerik gabe) erakusten du, inbertsorearen errendimenduaren ikuspegi argia eskaintzen du sarrera maila desberdinetan.

Ongi diseinatutako CMOS bihurgailu batean, nmos eta PMO transistoreak orekatuta daudenean, VTC ia ezin hobea da.Simetrikoa da eta irteera tentsio altu eta baxuen arteko trantsizio zorrotza du sarrerako tentsioko atalase jakin batean.Atalase hau bihurgailua egoera logiko batetik bestera eten egiten den puntua da, "1" logikatik "0" izatetik aldatzen da eta alderantziz.

VTCren zehaztasuna lagungarria da zirkuitu digitalen tentsio operatiboen tentsioak zehaztea.Irteerak estatuak aldatuko dituen puntu zehatzak identifikatzen ditu, logika seinaleak argi eta koherenteak direla ziurtatuz eta VToLage V ariat ioiak direla eta akatsak murriztea.

CMOS teknologiaren abantailak

CMOS teknologiak energia estatiko kontsumo baxua eskaintzen du.Aplikazio elektronikoetarako erabilgarriagoa izan dadin, batez ere bateriak dituzten gailuetan, energia logikoko transakzioetan bakarrik erabiltzen baititu.

CMOS zirkuituen diseinuak konplexutasuna sinplifikatzen du, logikako funtzioen arteko dentsitate trinko eta trinkoagoa izan dadin.Ezaugarri hau mikroprozesadoreak eta memoria txipak hobetzeko beharrezkoa da, gaitasun operatiboak hobetuz silizioaren tamaina fisikoa zabaldu gabe.Dentsitate abantaila honek unitateen arlo bakoitzeko prozesatzeko ahalmen handiagoa lortzeko aukera ematen du, teknologiaren miniaturizazioan eta sistemaren integrazioan aurrerapenak erraztea.

CMOS teknologiaren zarata handiko immunitateak interferentziak murrizten ditu, CMOS-en oinarritutako sistemek zarata joera duten inguruneetan oinarritutako funtzionamendu egonkorra eta fidagarria bermatuz.Energia kontsumo baxuaren konbinazioak, konplexutasun murriztua eta zarataren immunitate sendoak CMOak ekologikoki sendotzen ditu elektronikan oinarritutako teknologia gisa.Aplikazio sorta zabala onartzen du, zirkuitu sinpleetatik konputazio digitaleko arkitektura konplexuetara.

8. irudia: CMOS teknologia diagrama

CMOS teknologiaren berri

CMOS teknologia zirkuitu digitalen diseinu modernoaren ardatz bat da, bai NMOS bai PMOS transistoreak txip bakarrean erabiliz.Transistore bikoitzaren ikuspegi honek eraginkortasuna hobetzen du etengabeko etengailuen bidez eta energia kontsumoa murrizten du, gaur egungo energia kontziente munduan onuragarria dena.

CMOS Zirkuituen indarra botere eskakizun txikietatik eta zarata immunitate bikaina da.Ezaugarri horiek zirkuitu integratu digital fidagarri eta konplexua sortzeko baliagarriak dira.CMOS teknologiak modu eraginkorrean balio du interferentzia elektrikoa, sistema elektronikoen egonkortasuna eta errendimendua hobetuz.

CMOS-en potentzia estatiko baxuko kontsumoa eta eragiketa fidagarria aplikazio askoren aukera hobeagoa da.Kontsumitzaileen elektronikatik goi-mailako informatika sistemetara, CMOS teknologiaren moldagarritasuna eta eraginkortasuna berrikuntza bultzatzen jarraitzen dute elektronikaren industrian.Bere erabilera zabalak teknologia digitala aurrera ateratzeko duen garrantzia nabarmentzen du.

Bukaera

CMOS teknologia berrikuntzaren paragonista da, zirkuitu digitalen diseinuaren arloan, etengabe gidatzen du elektronikaren aurrerakuntzak oinarrizko tramankuluak sistema konplexuetara.NMOS eta PMOS-en konfigurazio bikoitza, txipa bakarrean, etengabeko potentzia xahutzea eta zarata immunitate handia lortzeko, CMOS erabilgarria bihurtuz zirkuitu integratuak eta integratuak sortzerakoan.Energia kontsumoa murriztea errendimendua sakrifikatu gabe, bateriak elikatutako gailu eramangarrien aroan frogatu da.CMOS teknologiaren sendotasunak hainbat funtzionamendu eta ingurumen baldintza kudeatzean bere aplikazioak zabaldu ditu domeinu ugaritan zehar.Ebanitzen jarraitzen duen heinean, CMOS teknologiak diseinu elektronikoaren etorkizuneko paisaia osatzen lagun dezake.Berrikuntza teknologikoaren abangoardian geratzea ziurtatzen du eta gailu elektronikoetan energia eraginkortasunerako eta miniaturizaziorako gero eta eskakizun handiak betetzen jarraitzen du.

Galdera arruntak [FAQ]

1. Nola funtzionatzen du CMOk elektronika digitaletan?

Metal-oxido-erdieroale osagarria (CMOS) teknologia elektroi digitalean oinarritua da, batez ere, elektrizitatearen fluxua gailuetan modu eraginkorrean kontrolatzen duelako.Praktikan, CMOS zirkuitu batek bi transistore mota biltzen ditu: NMOS eta PMOak.Hauek transistoreetako batek aldi berean egiten ditu, zirkuituak kontsumitzen duen energia murrizten duena.

CMOS zirkuitu bat martxan dagoenean, transistore batek korrontea blokeatzen du, besteak pasatzeko aukera ematen duen bitartean.Adibidez, '1' (tentsio altua) seinale digitala CMOS bihurgailu batean sartzea da, NMOS transistoreak aktibatzen du (jokabideak), eta PMOak desaktibatu (blokeak), tentsio baxua edo '0' lortuz.irteeran.Aldiz, '0' sarrerak PMOak aktibatzen ditu eta NMOak desaktibatzen ditu, emaitza handia lortuz.Aldaketa honek potentzia minimoa alferrik galtzen du, CMOS aproposa bihurtuz bateriaren eraginkortasuna behar den smartphoneak eta ordenagailuak bezalako gailuetarako.

2. Zein da Mosfet eta CMOsen arteko aldea?

Mosfet (metal-oxido-erdieroalearen eremua-efektu-transistorea) seinale elektronikoak aldatzeko erabiltzen den transistore mota da.CMOS, bestalde, bi mosfeta (NMOS eta PMO) mota osagarriak erabiltzen dituen teknologia aipatzen da, zirkuitu logiko digitalak sortzeko.

Bereizketa nagusia beren aplikazioan eta eraginkortasunean datza.Mosfet bakar batek etengailu gisa funtziona dezake edo seinaleak anplifikatu, potentzia fluxu etengabea eta potentzialki bero gehiago sortzea eskatzen du.CMOS, bai NMOS eta PMOS transistoreak integratuz, beste bat edo bestea erabiltzearen artean txandakatzen da, sortutako potentzia murriztuz.Horrek CMOak egokiagoak dira eraginkortasun eta trinkotasun handia behar duten gailu elektroniko modernoetarako.

3. Zer gertatzen da cmos garbitzen baduzu?

Ordenagailu batean CMOak garbitzeak bios (oinarrizko sarrera / irteerako sistema) ezarpenak berrezartzen ditu fabrikako lehenetsiak.Hori da, askotan, Bios ezarpen okerrak edo hondatuta daudenak sor daitezkeen hardware edo abiarazteko arazoak konpontzeko egiten da.

CMOS garbitzeko, normalean pin pare zehatz bat laburra duzu plaka gainean jertsea erabiliz edo CMOS bateria kendu minutu batzuetan.Ekintza honek memoria lurrunkorra bihurtzen du BIOS-en, abioko ordena, sistemaren denbora eta hardware ezarpenak bezalako konfigurazioak ezabatuz.CMOS garbitu ondoren, baliteke BIOS ezarpenak berriro konfiguratu behar izatea zure informatika beharrizanen edo hardwarearen bateragarritasunaren arabera.

4. Zer ordezkatuko du CMOak?

CMOS teknologia oraindik nagusi den arren, etengabeko ikerketak eraginkortasun, abiadura eta integrazio handiagoa eskainiko lituzkeen alternatibak garatzea du helburu teknologiak eskalatzen dituelako.

Grafeno transistoreak esploratzen ari dira aparteko propietate elektrikoetarako, hala nola, Siliconek baino elektroi mugikortasun handiagoa, eta horrek prozesatzeko abiadura azkarragoak ekar ditzake.

Hainbat estatuetan egon daitezkeen bit kuantikoak erabiltzen ditu, aldi berean, konputazio espezifikoetarako abiadura esponentzial handiak eskainiz.

Spintronics: elektroien biraketa erabiltzen du, haien karga baino, datuak kodetzea, potentzia kontsumoa murriztea eta datuen tratamendu gaitasunak handitzea.

Teknologia horiek itxaropentsuak diren arren, CMOSetik estandar berri batera transizioak elektronika digitaleko erronka teknikoak eta inbertsio garrantzitsuak gainditzea eskatuko du fabrikazio teknologia berrietan.Orain arte bezala, CMOak zirkuitu digitalen diseinuko teknologia praktiko eta oso erabiliena izaten jarraitzen du, fidagarritasuna eta kostu-eraginkortasuna direla eta.