CMOS의 장점은 무엇입니까?
답변:
CMOS (complementary metal oxide semiconductor) 로직은 여러 가지 바람직한 특성을 가지고 있습니다.
- 높은 입력 임피던스. 입력 신호는 절연 층 (금속 산화물)과 제어 대상 사이에 절연 층 (전극)으로 전극을 구동합니다. 이것은 그들에게 적은 양의 커패시턴스를 주지만 사실상 무한한 저항을줍니다. 한 레벨에서 유지되는 CMOS 입력의 입출력은 보통 1µA 이하입니다.
- 출력은 능동적으로 양방향으로 구동됩니다.
- 출력은 거의 레일 간입니다.
- CMOS 로직은 고정 상태에서 유지 될 때 전력을 거의 소비하지 않습니다. 커패시터는 충전 및 방전되므로 전류 소비는 스위칭에서 발생합니다. 그럼에도 불구하고 다른 로직 유형에 비해 전력 대 속도 비율이 우수합니다.
- CMOS 게이트는 매우 간단합니다. 기본 게이트는 두 개의 트랜지스터 인 인버터입니다. 이것은 저전력 소비와 함께 고밀도 통합에 적합합니다. 또는 반대로 크기, 비용 및 성능에 대한 많은 논리를 얻습니다.
IC에 게이트가 어떻게 구성되어 있는지를 나타냅니다. CMOS는 Complementary MOS (금속 산화물 반도체)의 약자로, PMOS와 NMOS를 모두 사용하여 논리를 구성합니다.
CMOS가 빠르며 큰 팬이 있음 다른 기술에 비해 전력 소비량이 적습니다.
다른 제품군으로는 TTL (트랜지스터-트랜지스터 로직, NPN / PNP가 여전히 사용됨), ECL (이미 터 결합 로직-빠르지 만 많은 전력을 소비하지만 여전히 다양한 형태로 사용됨) DTL (다이오드 트랜지스터 로직-이전) 및 RTL (저항 트랜지스터) 논리 (이전)
로직 1과 0에 필요한 전압 레벨을 설명하기 위해 "CMOS 호환"또는 "TTL 호환"이 자주 사용됩니다.
Oli와 Olin은 CMOS의 강점을 설명했지만 한 걸음 물러서겠습니다.
TL : DR : 보완적인 로직으로 레일 투 레일 출력 전압 스윙이 가능하며 MOSFET 트랜지스터는 BJT와 비교할 때 매우 유용한 특성을 가진 매우 확장 가능한 기술 (작은 표면에서 수십 개의 트랜지스터를 얻을 수 있음)입니다.
왜 CMOS인가?
보완 게이트의 필요성은 가장 간단한 게이트 개념이 풀업 및 풀다운 아이디어를 기반으로한다는 사실에 기인합니다. 즉, 출력을 '1'로 높이는 다른 장치 (트랜지스터 또는 트랜지스터 세트)와 '0'으로 내리는 다른 장치가 있습니다.
전원을 켜고 전류를 흐르게하려면 가 필요합니다. 이러한 이유로 풀다운 장치로는 잘 작동하지만 풀업으로는 잘 작동하지 않습니다 (출력 전압이 VDD로 상승하기 전에 꺼집니다). 따라서 phole을 사용하는 아이디어는 약간 나쁘게 수행하지만 (정공이 전자보다 느리게 이동하지만 다른 이야기이기 때문에) 풀업으로 완벽하게 작동합니다.
따라서 상보적인 방식 (CMOS에서 'C')은 반대 방식으로 동작하므로 상보적인 두 개의 장치를 사용하기 때문입니다. 그런 다음 nMOS (풀다운)가 켜지려면 높은 입력 전압 ( '1')이 필요하고 pMOS에는 낮은 전압 ( '0')이 필요하므로 논리가 반전됩니다.
그러나 왜 MOS가 좋은가요?
Olin도 말했듯이 MOSFET 기술이 확산되는 주된 이유는 평면 기술이기 때문에 반도체 표면에 적합하다는 것입니다.
그림에서 볼 수 있듯이 MOSFET (이것은 n- 채널이며, 동일한 기판의 p- 채널에는 n- 웰이라는 추가 도핑 영역이 필요합니다.)은 기본적으로 2 개의 n + 영역을 도핑하는 것으로 구성되어 있기 때문입니다. 게이트와 접점의 배치 (매우 단순화 됨).
오늘날 BJT 트랜지스터는 표면에 '에칭'되는 MOS와 같은 기술로 만들어 지지만 기본적으로 서로 다른 도핑 된 3 층의 반도체로 구성되므로 주로 이산 기술을 의미합니다. 실제로, 현재 구축 된 방식은 실리콘에서 서로 다른 깊이로이 3 개의 층을 생성하는 것이며, 최근의 기술에서는 제곱 마이크로 미터 정도의 면적을 차지하는 반면, MOS 트랜지스터는 내장 된 <20 nm 기술 (이 값을 정기적으로 업데이트)은 전체 면적이 약 100 nm² 미만일 수 있습니다. (오른쪽 그림)
따라서 다른 속성에 추가하여 MOSFET 트랜지스터가 VLSI (Very Large Scale Integration)를 달성하는 데 훨씬 더 적합하다는 것을 알 수 있습니다 (오늘날의 기술에서).
어쨌든, 바이폴라 트랜지스터는 더 나은 선형성으로 인해 아날로그 전자 장치에서 여전히 널리 사용됩니다. 또한 BJT는 동일한 기술 (트랜지스터 크기와 같은)로 구축 된 MOSFET보다 빠릅니다.
CMOS 대 MOS
CMOS는 MOS와 동일하지 않습니다. C는 '상보 적'을위한 것이기 때문에 MOS 게이트를위한 특정 (일반적으로 사용되는 경우에도) 구성이며 고속 회로는 종종 동적 로직을 사용합니다. 게이트. 실제로, 입력에 2 개의 게이트 커패시턴스 (CMOS가 갖는)를 갖는 기술을 한계까지 밀어 내려고하면 성능이 손실된다. 예를 들어, 2 배 충전 속도에는 2 배 충전 전류가 필요합니다. 즉 2 배의 채널 폭으로 달성되는 2 배의 전도도를 의미합니다. 입력 커패시턴스.
패스 트랜지스터 로직과 같은 다른 토폴로지는 특정 게이트의 구조를 단순화하고 때로는 더 빠른 속도를 달성 할 수 있습니다.
인터페이스
주제 변경, 마이크로 컨트롤러 및 인터페이스에 대해 이야기 할 때 CMOS 게이트의 높은 입력 임피던스는 입력 / 출력 핀이 플로팅 상태를 유지하지 않도록 매우 중요하다는 점을 기억해야합니다 (보호 기능이있는 경우 내부적으로 보장됨). 게이트는 외부 노이즈에 노출 될 수 있으며 예상치 못한 값 (래치 업 및 손상 가능)을 가정합니다. 따라서 장치에 CMOS 특성이 있다고 진술하면 이에 대해 조언해야합니다.
CMOS가 있기 전에 또는 CMOS가 경쟁하기에 충분히 빠르기 전에 존재했던 대안을 알고 있다면 그것이 훌륭한 기술이라는 것을 이해할 것입니다.
대안은 TTL, LS-TTL, P- 또는 NMOS입니다.
CMOS 기술의 저전력 소비 없이는 현재 마이크로 프로세서 중 어느 것도 실제적으로 사용 가능한 것에 근접하지 않았습니다.
오늘날 CMOS 마이크로 프로세서는 쿠킹 플레이트와 유사한 전력 밀도 (칩 면적당 전력 소비)를 가지고 있습니다. 대체 기술의 전력 밀도가 100 배 또는 1000 배 높다고 상상해보십시오.
CMOS는 집적 회로를 만드는 기술을 의미하므로 저항기와 같은 수동 장치에는 적용되지 않습니다. TTL 및 NMOS와 같은 다른 기술도 존재합니다 .
CMOS의 가장 큰 장점은 다른 기술 보다 전력을 덜 사용 한다는 것 입니다. CMOS 설계는 정적 전력 소비가 거의 제로입니다. 만 전환시 CMOS 전력의 무시할 수없는 양을 사용 않지만, CMOS 스위치로 그렇다하더라도 여전히 매우 작고 빠르게 의 순서에, 피코 초 가장 빠른 실제 설계. (높은 주파수가 더 빈번한 전환을 의미하기 때문에 마이크로 컨트롤러가 더 높은 클록 주파수에서 더 많은 전력을 소비하는 이유입니다.)
이는 낭비되는 열이 적고 밀도가 높은 집적 회로 (즉, 동일한 기능을위한 더 작은 IC 풋 프린트)를 의미합니다. 기기가 대부분 배터리로 작동하거나 가능한 작은 크기 (예 : 스마트 폰) 인 경우 이는 큰 승리입니다.
기본적으로 우리는 두 가지 유형의 로직 제품군으로 분류됩니다 .1) 단극 로직 제품군 2) 바이 폴 로직 제품군이 제품군의 IC는 MOSFET과 같은 단극 장치를 사용하여 구성되므로 mos 로직 제품군이 있습니다.