Sự khác biệt giữa CMOS và Công nghệ NMOS

Sự khác biệt giữa CMOS và Công nghệ NMOS

Phổ biến nhất Công nghệ MOSFET (công nghệ bán dẫn) hiện nay là công nghệ CMOS hoặc công nghệ MOS bổ sung. Công nghệ CMOS là công nghệ bán dẫn hàng đầu cho ASIC, bộ nhớ, bộ vi xử lý. Ưu điểm chính của công nghệ CMOS so với công nghệ BIPOLAR và NMOS là công suất tản nhiệt - khi chuyển mạch thì chỉ có điện năng tiêu tán. Điều này cho phép lắp nhiều cổng CMOS trên một mạch tích hợp hơn so với công nghệ Bipolar và NMOS. Bài viết này thảo luận về sự khác biệt giữa công nghệ CMOS và NMOS.

Giới thiệu về Công nghệ vi mạch

Silicon Công nghệ vi mạch có thể được phân thành các loại: Bipolar, một chất bán dẫn oxit kim loại và BiCMOS.




Công nghệ vi mạch

Công nghệ vi mạch



Cấu trúc của bóng bán dẫn lưỡng cực có PNP hoặc NPN. Trong những các loại bóng bán dẫn , lượng dòng điện nhỏ trong lớp đế dày hơn sẽ kiểm soát dòng điện lớn giữa bộ phát và bộ thu. Dòng cơ sở giới hạn mật độ tích hợp của các thiết bị lưỡng cực.

Kim loại-oxit-bán dẫn được phân loại thành các công nghệ khác nhau dưới PMOS, NMOS và CMOS. Các thiết bị này bao gồm một chất bán dẫn, oxit và một cổng kim loại. Hiện nay, Polysilicon được sử dụng phổ biến hơn làm cổng. Khi điện áp được đưa vào cổng, sau đó nó điều khiển dòng điện giữa nguồn và cống. Vì chúng tiêu thụ ít điện năng hơn và MOS cho phép tích hợp cao hơn.



Công nghệ BiCMOS sử dụng cả hai bóng bán dẫn CMOS và Bipolar, những bóng bán dẫn này được tích hợp trên cùng một chip bán dẫn. Công nghệ CMOS cung cấp I / P cao và trở kháng O / P thấp, mật độ đóng gói cao, biên độ nhiễu đối xứng và tiêu tán điện năng thấp. Công nghệ BiCMOS đã cho phép kết hợp các thiết bị lưỡng cực và bóng bán dẫn CMOS trong một quy trình duy nhất với chi phí hợp lý để đạt được sự tích hợp mật độ cao của logic MOS

Sự khác biệt giữa công nghệ CMOS và NMOS

Có thể dễ dàng phân biệt sự khác biệt giữa công nghệ CMOS và công nghệ NMOS với nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm của chúng như đã thảo luận.


Công nghệ CMOS

Kim loại-oxit-bán dẫn bổ sung (công nghệ CMOS) được sử dụng để cấu tạo vi mạch và công nghệ này được sử dụng trong các mạch logic kỹ thuật số, bộ vi xử lý, vi điều khiển và RAM tĩnh. Công nghệ CMOS cũng được sử dụng trong một số mạch tương tự như bộ chuyển đổi dữ liệu, cảm biến hình ảnh và trong các bộ thu phát tích hợp cao. Các tính năng chính của công nghệ CMOS là tiêu thụ điện năng tĩnh thấp và khả năng chống ồn cao.



Chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung

Chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung

CMOS (kim loại-oxit-bán dẫn bổ sung) là một chip bán dẫn chạy bằng pin được sử dụng để lưu trữ dữ liệu trong máy tính. Dữ liệu này nằm trong phạm vi từ thời gian ngày giờ hệ thống đến cài đặt phần cứng của hệ thống cho máy tính của bạn. Ví dụ tốt nhất về CMOS này là pin đồng xu được sử dụng để cung cấp năng lượng cho bộ nhớ của CMOS.

Khi một vài bóng bán dẫn ở trạng thái TẮT, sự kết hợp của chuỗi chỉ thu được công suất đáng kể trong quá trình chuyển đổi giữa các trạng thái BẬT và TẮT. Vì vậy, các thiết bị MOS không tạo ra nhiều nhiệt thải như các dạng logic khác. Ví dụ: TTL ( Transistor-Transistor Logic ) hoặc logic MOS, thường có một số dòng đứng ngay cả khi không thay đổi trạng thái. Điều này cho phép mật độ cao các hàm logic trên chip. Vì lý do này, công nghệ này được sử dụng rộng rãi nhất và được thực hiện trong các chip VLSI.

Tuổi thọ của Pin CMOS

Tuổi thọ điển hình của pin CMOS là khoảng 10 năm. Tuy nhiên, điều này có thể thay đổi dựa trên việc sử dụng cũng như môi trường ở bất kỳ nơi nào máy tính tồn tại. Nếu pin CMOS bị hỏng, thì máy tính không thể duy trì thời gian chính xác nếu không thì ngày sau khi máy tính tắt. Ví dụ: khi máy tính được BẬT, ngày và giờ có thể được nhận thấy như được đặt thành 12:00 CH & ngày 1 tháng 1 năm 1990. Vì vậy, lỗi này chủ yếu chỉ ra rằng pin của CMOS đã bị lỗi.

Biến tần CMOS

Đối với bất kỳ công nghệ vi mạch nào trong việc thiết kế mạch kỹ thuật số, phần tử cơ bản là bộ nghịch lưu logic. Khi đã hiểu kỹ hoạt động của mạch biến tần, kết quả có thể được mở rộng cho việc thiết kế các cổng logic và các mạch phức tạp.

Biến tần CMOS là biến tần MOSFET được sử dụng rộng rãi nhất, được sử dụng trong thiết kế chip. Các biến tần này có thể hoạt động ở tốc độ cao và ít hao phí điện năng. Ngoài ra, biến tần CMOS có đặc tính đệm logic tốt. Mô tả ngắn gọn về bộ biến tần cho bạn hiểu cơ bản về hoạt động của bộ biến tần. MOSFET trạng thái ở các điện áp i / p khác nhau và tổn thất điện năng do dòng điện.

Biến tần CMOS

Biến tần CMOS

Một biến tần CMOS có PMOS và một bóng bán dẫn NMOS được kết nối tại các đầu nối cổng và đầu ra, nguồn cung cấp điện áp VDD tại đầu cuối nguồn PMOS và GND được kết nối tại đầu cuối nguồn NMOS, nơi Vin được kết nối với các đầu cuối cổng và Vout được kết nối với các thiết bị đầu cuối cống.

Điều quan trọng cần lưu ý là CMOS không có bất kỳ điện trở nào, điều này làm cho nó tiết kiệm điện hơn một biến tần MOSFET điện trở thông thường. Khi điện áp ở đầu vào của thiết bị CMOS thay đổi từ 0 đến 5 volt, trạng thái của NMOS và PMOS thay đổi theo. Nếu chúng ta mô hình hóa mỗi bóng bán dẫn như một công tắc đơn giản được kích hoạt bởi Vin, các hoạt động của biến tần có thể được nhìn thấy rất dễ dàng.

Ưu điểm của CMOS

Bóng bán dẫn CMOS sử dụng năng lượng điện hiệu quả.

  • Các thiết bị này được sử dụng trong một loạt các ứng dụng với các mạch tương tự như cảm biến hình ảnh, bộ chuyển đổi dữ liệu, v.v. Ưu điểm của công nghệ CMOS so với NMOS như sau.
  • Tiêu thụ điện năng tĩnh rất thấp
  • Giảm độ phức tạp của mạch
  • Mật độ cao của các chức năng logic trên chip
  • Tiêu thụ điện năng tĩnh thấp
  • Khả năng chống ồn cao
  • Khi bóng bán dẫn CMOS thay đổi từ điều kiện này sang điều kiện khác, thì chúng sử dụng dòng điện.
  • Ngoài ra, các chất bán dẫn miễn phí hạn chế điện áp o / p bằng cách làm việc lẫn nhau. Kết quả là một thiết kế công suất thấp cung cấp ít nhiệt hơn.
  • Vì lý do này, các bóng bán dẫn này đã thay đổi các thiết kế khác trước đó như CCD trong cảm biến máy ảnh cũng như được sử dụng trong hầu hết các bộ vi xử lý hiện tại.

Ứng dụng CMOS

CMOS là một loại chip, chạy bằng pin dùng để lưu trữ cấu hình của ổ cứng cũng như các dữ liệu khác.

Thông thường, các chip CMOS cung cấp RTC (đồng hồ thời gian thực) cũng như bộ nhớ CMOS trong bộ vi điều khiển cũng như bộ vi xử lý.

Công nghệ NMOS

Logic NMOS sử dụng MOSFET loại n để hoạt động thông qua việc tạo một lớp đảo ngược bên trong bóng bán dẫn loại p. Lớp này được gọi là lớp kênh n dẫn các electron giữa các thiết bị đầu cuối nguồn & cống loại n. Kênh này có thể được tạo ra bằng cách đặt điện áp vào đầu cuối thứ 3 là đầu cuối cổng. Tương tự như các bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại khác, bóng bán dẫn nMOS bao gồm các chế độ hoạt động khác nhau như cắt, triode, bão hòa và tốc độ bão hòa.

Họ logic của NMOS sử dụng MOSFETS kênh N. Các thiết bị NMOS (MOS kênh N) cần một vùng chip nhỏ hơn cho mỗi bóng bán dẫn so với các thiết bị kênh P, trong đó NMOS cho mật độ cao hơn. Họ logic NMOS cũng cho tốc độ cao vì tính di động cao của các sóng mang điện tích trong các thiết bị kênh N.

Vì vậy, hầu hết các bộ vi xử lý & thiết bị MOS sử dụng logic NMOS, nếu không thì một số biến thể cấu trúc như DMOS, HMOS, VMOS & DMOS để giảm độ trễ truyền.

NMOS không là gì ngoài một chất bán dẫn oxit kim loại kênh âm, nó được phát âm là en-rêu. Nó là một loại chất bán dẫn tích điện âm. Vì vậy, các bóng bán dẫn được BẬT / TẮT bởi sự chuyển động của các electron. Ngược lại, kênh Tích cực MOS -PMOS hoạt động bằng cách di chuyển các khoảng trống electron. NMOS nhanh hơn PMOS.

Bán dẫn kim loại oxit kênh âm

Bán dẫn kim loại oxit kênh âm

Việc thiết kế NMOS có thể được thực hiện thông qua hai chất nền như loại n cũng như loại p. Trong bóng bán dẫn này, phần lớn hạt tải điện là electron. Chúng ta biết rằng sự kết hợp giữa PMPS và NMOS được gọi là công nghệ CMOS. Công nghệ này chủ yếu sử dụng ít năng lượng hơn để vận hành ở một công suất tương tự và tạo ra tiếng ồn thấp trong suốt quá trình hoạt động.

Khi một điện áp được cấp cho thiết bị đầu cuối cổng, thì các hạt mang điện tích như lỗ trong cơ thể được thúc đẩy ra khỏi thiết bị đầu cuối cổng. Điều này cho phép cấu hình kênh loại n giữa hai thiết bị đầu cuối như nguồn & cống & dòng điện có thể được dẫn bằng cách sử dụng các điện tử từ hai đầu cuối từ nguồn đến rãnh bằng cách sử dụng kênh loại n cảm ứng.

Transistor NMOS rất dễ thiết kế cũng như chế tạo. Các mạch sử dụng cổng logic NMOS tiêu thụ công suất tĩnh khi mạch không hoạt động. Khi dòng điện một chiều cung cấp khắp cổng logic khi đầu ra ở mức thấp.

Biến tần NMOS

Một mạch nghịch lưu o / ps một điện áp đại diện cho mức logic ngược lại với i / p của nó. Sơ đồ biến tần NMOS được hiển thị dưới đây được xây dựng bằng cách sử dụng một bóng bán dẫn NMOS duy nhất được kết hợp với một bóng bán dẫn.

Biến tần NMOS

Biến tần NMOS

Sự khác biệt giữa NMOS và CMOS

Sự khác biệt giữa NMOS và CMOS được thảo luận dưới dạng bảng.

CMOS

NMOS

CMOS là viết tắt của kim loại-oxit-bán dẫn bổ sungNMOS là viết tắt của chất bán dẫn oxit kim loại loại N
Công nghệ này được sử dụng để tạo ra các vi mạch được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như pin, linh kiện điện tử, cảm biến hình ảnh, máy ảnh kỹ thuật số.Công nghệ NMOS được sử dụng để chế tạo cổng logic cũng như mạch kỹ thuật số
CMOS sử dụng các cặp MOSFET đối xứng cũng như bổ sung như MOSFET loại p & loại n cho hoạt động của các hàm logicHoạt động của bóng bán dẫn NMOS có thể được thực hiện bằng cách tạo một lớp đảo ngược bên trong thân bóng bán dẫn loại p
Các phương thức hoạt động của CMOS là tích lũy như cạn kiệt và đảo ngượcNMOS có bốn chế độ hoạt động mô phỏng các loại MOSFET khác như cắt, triode, bão hòa và vận tốc.
Đặc điểm của CMOS là tiêu thụ điện năng tĩnh thấp cũng như khả năng chống ồn cao và.Đặc điểm của bóng bán dẫn NMOS là, khi điện áp tăng trên điện cực trên cùng, thì lực hút các điện tử sẽ ở đó đối với bề mặt. Ở một dải điện áp cụ thể, chúng ta sẽ mô tả ngay sau đây giống như điện áp ngưỡng, trong đó mật độ electron ở bên ngoài sẽ vượt quá mật độ lỗ trống.
CMOS được sử dụng trong các mạch logic kỹ thuật số, Bộ vi xử lý, SRAM (RAM tĩnh) & Vi điều khiểnNMOS được sử dụng để thực hiện các mạch kỹ thuật số cũng như các cổng logic.
Mức logic CMOS là 0 / 5VMức logic NMOS chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ beta cũng như biên độ nhiễu kém
Thời gian truyền của CMOS là tTôi= tfThời gian truyền của CMOS là tTôi> tf
Bố cục của CMOS đều đặn hơnBố cục của NMOS không đều
Tỷ lệ tải hoặc truyền động của CMOS là 1: 1/2: 1Tỷ lệ tải hoặc truyền động của NMOS là 4: 1
Mật độ đóng gói ít hơn, thiết bị 2N cho đầu vào NMật độ đóng gói dày đặc hơn, thiết bị N + 1 cho đầu vào N
Nguồn điện có thể thay đổi từ 1,5 đến 15V VIH / VIL, một phần cố định của VDDNguồn cung cấp được cố định dựa trên VDD
Cổng truyền của CMOS sẽ vượt qua cả logic tốtChỉ pass ‘0’, tốt pass ‘1’ sẽ có VTrơi vãi
Sơ đồ sạc trước của CMOS là, đối với cả n & p đều có thể truy cập được cho xe buýt sạc trước đến VDD/ VSSChỉ cần tính phí từ VDDđến VTngoại trừ sử dụng bootstrapping
Tản năng lượng bằng 0 ở chế độ chờTrong NMOS, khi đầu ra là '0' thì công suất tiêu hao

Tại sao Công nghệ CMOS lại được ưa chuộng hơn Công nghệ NMOS

CMOS là viết tắt của từ bổ sung Metal-Oxide-Semiconductor. Mặt khác, NMOS là chất bán dẫn oxit kim loại MOS hoặc MOSFET (chất bán dẫn kim loại oxit bóng bán dẫn hiệu ứng trường ). Đây là hai họ logic, trong đó CMOS sử dụng cả bóng bán dẫn PMOS và MOS cho thiết kế và NMOS chỉ sử dụng FET cho thiết kế. CMOS được chọn thay vì NMOS cho thiết kế hệ thống nhúng . Bởi vì, CMOS truyền cả logic o và 1, trong khi NMOS chỉ truyền logic 1 là VDD. O / P sau khi đi qua một cổng NMOS sẽ là VDD-Vt. Do đó, công nghệ CMOS được ưa chuộng hơn.

Trong các cổng logic CMOS, một tập hợp các MOSFET loại n được đặt trong một mạng kéo xuống giữa đường ray cấp nguồn điện áp thấp và đầu ra. Thay vì điện trở tải của cổng logic NMOS, cổng logic CMOS có một tập hợp các MOSFET loại P trong mạng kéo lên giữa đường ray điện áp cao và đầu ra. Do đó, nếu cả hai bóng bán dẫn có cổng của chúng được kết nối với cùng một đầu vào, MOSFET loại p sẽ bật khi MOSFET loại n tắt và ngược lại.

CMOS và NMOS đều lấy cảm hứng từ sự phát triển của công nghệ kỹ thuật số, được sử dụng để xây dựng các mạch tích hợp. Cả CMOS và NMOS đều được sử dụng trong nhiều mạch logic kỹ thuật số và các chức năng, RAM tĩnh và bộ vi xử lý. Chúng được sử dụng làm bộ chuyển đổi dữ liệu và cảm biến hình ảnh cho các mạch tương tự và cũng được sử dụng trong Bộ chuyển tiếp cho nhiều phương thức liên lạc qua điện thoại. Mặc dù cả CMOS và NMOS đều có chức năng giống như bóng bán dẫn cho cả mạch tương tự và kỹ thuật số, nhưng nhiều người vẫn chọn công nghệ CMOS hơn công nghệ sau vì nhiều ưu điểm của nó.

So với NMOS, công nghệ CMOS có chất lượng hàng đầu. Đặc biệt, khi nói đến các tính năng như sử dụng điện năng tĩnh thấp và chống ồn, công nghệ CMOS tiết kiệm năng lượng và không tạo ra nhiệt. Mặc dù tốn kém, nhiều người thích công nghệ CMOS do thành phần phức tạp của nó, khiến thị trường chợ đen khó chế tạo công nghệ được sử dụng bởi CMOS.

Các Công nghệ CMOS và công nghệ NMOS cùng với bộ biến tần của nó, sự khác biệt sẽ được thảo luận ngắn gọn trong bài viết này. Do đó, công nghệ CMOS là tốt nhất cho thiết kế hệ thống nhúng. Để hiểu rõ hơn về công nghệ này, vui lòng gửi thắc mắc của bạn dưới dạng nhận xét của bạn bên dưới.