Kynning á CMOS tækni
2024-07-09 6603

Þróun stafrænnar rafeindatækni hefur mótast af þróun viðbótar málm-oxíð-blóðleiðara (CMOS) tækni.Til að bregðast við þörfinni fyrir hraðari vinnsluhraða og skilvirkari orkunotkun, hefur CMOS tækni gjörbylt hringrásarhönnun með nýstárlegri nálgun sinni til að stjórna valdi og merkjum.Ólíkt tvíhverfa mótunartæki (BJT) tækjum, sem eru háð straumstreymi, nota CMOS tæki spennustýrða aðferðir sem draga verulega úr hliðarstraumi og lágmarka þannig aflstap.Þessi tækni náði fyrst gripi í neytenda rafeindatækni á áttunda áratugnum, svo sem í rafrænum úrum, en það var tilkoma mjög stórrar samþættingar (VLSI) á níunda áratugnum sem sannarlega styrktu stöðu CMOs sem hornsteins í nútíma rafeindatækni.ERA varð vitni að CMOS tækni sem eykur áreiðanleika hringrásar, hávaða viðnám og afköst yfir mismunandi hitastig og spennu og einfaldaði heildarhönnunarferlið.Þessar endurbætur juku ekki aðeins smáatriðafjölda úr þúsundum í milljónir á einum flís heldur einnig útvíkkaði virkni CMOS til bæði stafrænna og blandaðs merkis VLSI hönnun, sem vegur betur en eldri tækni eins og transistor-umbreytingarrökfræði (TTL) vegna yfirburða hraða og þessLægri spennuaðgerðir.

Vörulisti

Skilningur á CMOS tækni

Þróun viðbótar málm-oxíðs-jafna tækni (CMOS) tækni hefur verið gríðarlegur hluti í því að efla hönnun stafrænna hringrásar.Það kom aðallega fram vegna þess að þörf er á hraðari vinnslu og minni orkunotkun.Ólíkt tvíhverfa mótum transistor (BJT), sem eru háð straumstreymi, notar CMOS spennustýrða aðferðir.Helsti munurinn hjálpar til við að draga úr straumnum við hliðið og skera niður aflstap verulega.Á áttunda áratugnum var CMO aðallega notað í neytandi rafeindatækni, svo sem rafrænum úrum.

Landslagið breyttist á níunda áratugnum með tilkomu mjög stórrar samþættingar (VLSI) tækni, sem notaði mjög CMO af ýmsum ástæðum.CMOS notar minni kraft, býður upp á betri hávaða viðnám og stendur sig vel á ýmsum hitastigi og spennu.Það einfaldar einnig hringrásarhönnun sem eykur áreiðanleika og sveigjanleika.Þessir eiginleikar leyfðu mikla aukningu á samþættingarþéttleika CMOS-byggðra franskar og færðust frá þúsundum til milljóna smára á hvern flís.

Í dag er CMOS gagnlegt fyrir bæði stafrænt og blandað merki VLSI hönnun, sem gengur betur en eldri tækni eins og Transistor-Transistor Logic (TTL) vegna yfirburða hraða og skilvirkni við lægri spennu.Víðtæk notkun þess er hápunktur umbreytandi áhrifa CMOs á nútíma rafeindatækni, sem gerir það að tækninni fyrir allt frá hversdagslegum græjum til háþróaðra tölvukerfa.

Mynd 1: Notkun til að koma á jafnvægi á rafeindatækni

Vinnuregla CMOS

Grunnreglan um viðbótar málm-oxíð-blóðleiðara (CMOS) tækni notar par af N-gerð og P-gerð smára til að búa til skilvirkar rökrásir.Stakt inntak merki stjórnar rofahegðun þessara smára og kveikir á einum á meðan slökkt er á hinu.Þessi hönnun útrýmir þörfinni fyrir hefðbundna uppdráttarviðnám sem notuð er í öðrum hálfleiðara tækni, einfalda hönnunina og bæta orkunýtni.

Í CMOS uppsetningu mynda N-gerð MOSFETs (málm-oxíð-blóðleiðandi svifiáhrif smára) samanlagt net sem tengir framleiðsla rökfræðihliðsins við lágspennuframboð, venjulega malað (VSS).Þetta kemur í stað álagsviðnámanna í eldri NMOS rökrásum, sem voru minna árangursríkir við stjórnun spennubreytinga og meira hætt við rafmagnstap.Aftur á móti búa P-gerð MOSFETs til að draga upp net sem tengir framleiðsluna við hærri spennuframboð (VDD).Þetta tvískipta netfyrirkomulag tryggir að framleiðslunni sé stjórnað stöðugt og fyrirsjáanlega fyrir hvert tiltekið inntak.

Þegar hliðið á P-gerð MOSFET er virkjað kveikir það á meðan samsvarandi N-gerð MOSFET slekkur og öfugt.Þetta samspil einfaldar ekki aðeins hringrásarkitektúrinn heldur eykur einnig rekstraráreiðanleika og virkni tækisins.CMOS tækni er gagnleg fyrir notendur sem þurfa á áreiðanlegum og skilvirkum rafrænum kerfum.

Mynd 2: Kynning á CMOS tækni

Inverterinn

Inverterinn er aðal þáttur í hönnun stafrænnar hringrásar, sérstaklega fyrir tvöfaldan tölur og rökréttar aðgerðir.Meginaðgerðin er að snúa inntaksmerkinu innan tvöfaldra rökfræði.Einfaldlega er '0' talið lágt eða núll volt og '1' er hátt eða V volt.Þegar inverter fær inntak 0 volt, gefur það út volt, og þegar það fær V volt, gefur það út 0 volt.

Sannleikatafla sýnir venjulega virkni inverter með því að skrá öll möguleg inntak og samsvarandi framleiðsla þeirra.Þessi tafla sýnir glöggt að inntak '0' framleiðir framleiðsla '1' og inntak af '1' hefur í för með sér afköst '0'.Þetta andhverfuferli er krafist fyrir rökréttar ákvarðanir og gagnavinnslu við tölvunarfræði og stafræn kerfi.

Notkun inverter er nauðsynleg fyrir flóknari stafræn samskipti.Það gerir kleift að ná sléttri útfærslu á hærra stigi reikniverkefna og hjálpar til við að stjórna gagnaflæði innan hringrásar á áhrifaríkan hátt.

Tafla 1: Sannleikatafla inverter

CMOS inverter

CMOS inverter er líkan af skilvirkni í rafeindatækni, með einföldum hönnun með NMOS og PMOS smári sem tengdir eru í röð.Hlið þeirra eru bundin saman sem inntakið og frárennslin eru tengd til að mynda framleiðsluna.Þetta fyrirkomulag dregur úr afldreifingu og hámarkar hringrásina fyrir orkunýtni.

Þegar inntaksmerkið er hátt (rökfræði '1') kveikir NMOS smári á, leiðir strauminn og dregur framleiðsluna í lágt ástand (rökfræði '0').Á sama tíma er PMOS smári slökkt og einangrar jákvætt framboð frá framleiðslunni.Aftur á móti, þegar inntakið er lítið (rökfræði '0'), slokknar NMOS smári og PMOS smári kveikir á og rekur framleiðsluna í hátt ástand (rökfræði '1').

Þessi samhæfing milli NMOS og PMOS smára gerir inverter kleift að viðhalda stöðugum framleiðsla þrátt fyrir innspennu V ariat jóna.Með því að tryggja að einn smári sé alltaf slökkt á meðan hinn er á, varðveitir CMOS inverter afl og kemur í veg fyrir beina rafmagnsleið frá aflgjafa til jarðar.Það mun hjálpa til við að koma í veg fyrir óþarfa aflrennsli.Þessi tvískiptur uppsetning skilgreinir aðalhlutverk CMOS inverter í stafrænum rafrásum, sem veitir áreiðanlega rökfræði andhverfu með lágmarks orkunotkun og mikilli merkingu merkja.

Mynd 3: CMOS Logic Gates

NMOS inverter

NMOS inverter er smíðað með einföldum og skilvirkri uppsetningu.Í þessari uppstillingu þjónar hliðið sem inntak, frárennslið virkar sem framleiðsla og bæði uppspretta og undirlag eru jarðtengd.Kjarni þessa fyrirkomulags er N-Channel MOSFET.Jákvæð spenna er beitt á holræsi í gegnum álagsviðnám til að koma á réttri hlutdrægni.

Þegar inntak hliðsins er jarðtengt og táknar rökfræði '0', er engin spenna til staðar við hliðið.Þessi skortur á spennu kemur í veg fyrir að leiðandi farvegur myndist í MOSFET, sem gerir það að opinni hringrás með mikilli viðnám.Fyrir vikið rennur lágmarksstraumur frá holræsinu til upptökunnar, sem veldur því að framleiðsla spennu rís nálægt +V, sem samsvarar rökfræði '1'.Þegar jákvæð spenna er notuð við hliðið laðar það rafeindir að hliðaroxíðviðmóti og myndar N-gerð rás.Þessi rás dregur úr viðnám milli uppruna og holræsi, sem gerir straumnum kleift að renna og sleppa framleiðsluspennunni í næstum jarðhæð, eða rökfræði '0'.

Þessi aðgerð sýnir NMOS inverterinn sem áhrifaríkt samantekt tæki, gagnlegt fyrir tvöfaldur skiptiverkefni.Það er gagnlegt að gera sér grein fyrir því að þessi uppsetning hefur tilhneigingu til að neyta meiri krafts þegar hún er í „á“ ástandi.Aukin orkunotkun stafar af stöðugum straumi sem streymir frá aflgjafa til jarðar þegar smári er virkur og dregur fram lykilatriði í rekstri í NMOS inverter hönnuninni.

PMOS inverter

Mynd 4: Grunnatriði CMOS ICS

PMOS inverterinn er uppbyggður á svipaðan hátt og NMOS inverter en með snúningi raftenginga.Í þessari uppsetningu er PMOS smári notaður með jákvæðri spennu sem beitt er bæði á undirlagið og uppsprettuna, meðan álagsviðnám er tengt við jörðu.

Þegar inntaksspennan er mikil AT +V (rökfræði '1') verður spennan hlið til að uppruna núll og slekkur á smári 'slökkt'.Þetta skapar mikla viðnámsleið milli uppruna og holræsi og heldur framleiðsluspennunni lágum við rökfræði '0'.

Þegar inntakið er við 0 volt (rökfræði '0') verður spennan hlið til að uppruna neikvæð miðað við uppsprettuna.Þessi neikvæða spennu hleður hliðarþétti, snýr að hálfleiðara yfirborðinu frá N-gerð til P-gerð og myndar leiðandi rás.Þessi rás lækkar verulega viðnám milli uppsprettu og holræsi, sem gerir straumnum kleift að renna frjálslega frá upptökum til holræsi.Fyrir vikið hækkar framleiðsluspennan nálægt framboðsspennunni +V, sem samsvarar rökfræði '1'.

Á þennan hátt virkar PMOS smári sem uppdráttarbúnaður, sem veitir litla viðnámsleið fyrir jákvæða framboðsspennu þegar það er virkt.Þetta gerir PMOS inverter aðalþáttinn við að búa til stöðugt og áreiðanlegt rökfræði.Það tryggir að framleiðslan er sterklega knúin til mikils ástands þegar þess er krafist.

Þversnið af CMOS

Mynd 5: Þversnið af CMOS hliðinu

CMOS flís sameinar NMOS og PMOS smára á einu kísil undirlagi og myndar samningur og skilvirka hringrás í inverter.Að skoða þversnið af þessari uppsetningu sýnir stefnumótandi staðsetningu þessara smára, hámarkar virkni og dregur úr rafmagns truflunum.

PMOS smári er felldur í undirlag N-gerð, en NMOS smári er settur á sérstakt P-gerð svæði sem kallast P-brunan.Þetta fyrirkomulag tryggir að hver smári starfar við ákjósanlegar aðstæður.P-brunan virkar sem rekstrargrundvöllur NMOS smára og einangrar rafmagnsleiðir NMOS og PMOS smára, sem kemur í veg fyrir truflanir.Þessi einangrun er gagnleg til að viðhalda heiðarleika merkja og heildarafköst CMOS hringrásar.

Þessi stilling gerir flísinni kleift að skipta á milli hára og lágra rökfræðiástands fljótt og áreiðanlegt.Með því að samþætta báðar tegundir smára í einni einingu, jafnvægi CMOS hönnun rafmagnseinkenna þeirra, sem leiðir til stöðugra og skilvirkari hringrásaraðgerða.Þessi samþætting dregur úr stærð og bætir afköst nútíma rafeindatækja og sýnir háþróaða verkfræði á bak við CMOS tækni.

Afldreifing CMOS inverter

Lykilatriði í CMOS tækni er skilvirkni hennar í afldreifingu, sérstaklega í kyrrstæðum eða aðgerðalausum ríkjum.Þegar hann er óvirkur dregur CMOS inverter mjög lítinn kraft þar sem „slökkt“ smári lekur aðeins lágmarksstraum.Þessi skilvirkni er gagnleg til að viðhalda orkuúrgangi og lengja endingu rafhlöðu flytjanlegra tækja.

Mynd 6: CMOS skynjarar- fyrir iðnaðarmyndavélar

Við kraftmikla aðgerð, þegar inverter skiptir ríkjum, eykst afldreifing tímabundið.Þessi toppur á sér stað vegna þess að í stutta stund eru bæði NMO og PMOS smárar að hluta til á og skapa skammvinn beingld fyrir straumstreymi frá framboðsspennu til jarðar.Þrátt fyrir þessa tímabundnu aukningu er heildarmeðaltal orkunotkunar CMOS inverter miklu lægri en hjá eldri tækni eins og transistor-transistor rökfræði (TTL).

Þetta viðvarandi litla orku notkun á mismunandi rekstraraðferðum eykur orkunýtni CMOS hringrásar.Að gera það tilvalið fyrir forrit þar sem aflframboð er takmarkað, svo sem farsímar og önnur rafknúin tækni.

Lágt stöðvun aflstigs CMOS inverters býr til minni hita sem dregur úr hitauppstreymi á íhlutum tækisins.Þessi minni hitamyndun getur lengt líftíma rafeindatækja, sem gerir CMOS tækni að lykilatriði í að hanna sjálfbærari og hagkvæmari rafræn kerfi.

DC spennaflutningur sem einkennir CMOS inverter

Mynd 7: Fínstilltu hringrásir fyrir orku og hraða skilvirkni

DC spennaflutningseinkenni (VTC) CMOS inverter er aðal tæki til að skilja hegðun þess.Það sýnir tengsl milli inntaks og framleiðsluspennu við truflanir (ekki switching) aðstæður, sem gefur skýra sýn á afköst inverter á mismunandi inntaksstigum.

Í vel hönnuðum CMOS inverter, þar sem NMOS og PMOS smárar eru í jafnvægi, er VTC næstum tilvalið.Það er samhverft og hefur skörp umskipti milli hára og lágs framleiðsluspennu við ákveðinn inntaksspennuþröskuld.Þessi þröskuldur er punkturinn þar sem inverterinn skiptir úr einu rökfræði yfir í annað og breytir fljótt úr rökfræði '1' í '0' og öfugt.

Nákvæmni VTC er gagnleg til að ákvarða rekstrarspennu svið stafrænna hringrásar.Það auðkennir nákvæma punkta þar sem framleiðslan mun breyta ríkjum, tryggja að rökfræðimerki séu skýr og stöðug og draga úr hættu á villum vegna spennu v ariat jóna.

Kostir CMOS tækni

CMOS tækni býður upp á litla kyrrstöðu orkunotkun.Sem gerir það gagnlegra fyrir rafræn forrit, sérstaklega í rafgeymisbúnaði, þar sem það notar aðeins orku við viðskipti með rökfræði.

Hönnun CMOS hringrásar einfaldar í eðli sínu flækjustig, sem gerir kleift að þétta, háþéttni fyrirkomulag rökfræðiaðgerða á einum flís.Þessi aðgerð er nauðsynleg til að auka örgjörva og minniflís, bæta rekstrargetu án þess að auka líkamlega stærð kísilsins.Þessi þéttleiki kostur gerir kleift að fá meiri vinnsluorku á hverja einingasvæði, auðvelda framfarir í tækniminningu tækni og samþættingu kerfisins.

Mikið hávaða ónæmi CMOS tækni dregur úr truflunum, tryggir stöðugan og áreiðanlegan rekstur CMOS-byggðra kerfa í rafrænu hávaða umhverfi.Sambland af lítilli orkunotkun, minni flækjustig og öflugt hávaða ónæmi styrkir CMOs sem grunntækni í rafeindatækni.Það styður fjölbreytt úrval af forritum, allt frá einföldum hringrásum til flókinna stafrænna tölvuarkitektúr.

Mynd 8: CMOS tækni skýringarmynd

A Recap of CMOS tækni

CMOS tækni er hornsteinn nútíma stafræns hringrásarhönnunar, með bæði NMOS og PMOS smári á einum flís.Þessi tvískiptur nálgun eykur skilvirkni með því að skipta um skiptingu og dregur úr orkunotkun, sem er gagnleg í orkukenndum heimi nútímans.

Styrkur CMOS hringrásar kemur frá litlum krafti þeirra og framúrskarandi hávaða friðhelgi.Þessir eiginleikar eru gagnlegir til að búa til áreiðanlegar og flóknar stafrænar samþættar hringrásir.CMOS tækni standast í raun rafmagns truflun, bæta stöðugleika og afköst rafrænna kerfa.

Lítil kyrrstæð orkunotkun CMOS og áreiðanleg notkun gerir það að ákjósanlegu vali fyrir mörg forrit.Allt frá neytandi rafeindatækni til hágæða tölvukerfa, aðlögunarhæfni og skilvirkni CMOS tækni heldur áfram að knýja fram nýsköpun í rafeindatækniiðnaðinum.Útbreidd notkunar þess undirstrikar mikilvægi þess til að efla stafræna tækni.

Niðurstaða

CMOS Technology stendur sem skarið nýsköpun á sviði stafrænnar hringrásarhönnunar og rekur stöðugt framfarir rafeindatækni frá grunngræjum til flókinna reikniaðgerða.Tvískiptur fjölbreytni uppsetning NMO og PMOS á einum flís gerði kleift að gera skilvirka skiptingu, lágmarks afldreifingu og mikla hávaða friðhelgi, sem gerir CMO gagnlega við stofnun þéttra, samþættra hringrásar.Að draga úr orkunotkun án þess að fórna afköstum hefur reynst á tímum flytjanlegra, rafknúinna tækja.Styrkleiki CMOS tækni við meðhöndlun ýmissa rekstrar- og umhverfisaðstæðna hefur víkkað notkun sína á fjölmörgum sviðum.Þegar það heldur áfram að þróast getur CMOS tækni hjálpað til við að móta framtíðarlandslag rafrænnar hönnunar.Það tryggir að áfram er áfram í fararbroddi tækninýjungar og heldur áfram að mæta vaxandi kröfum um orkunýtni og litlu í rafeindatækjum.

Algengar spurningar [FAQ]

1. Hvernig virkar CMO í stafrænni rafeindatækni?

Viðbótar málm-oxíð-blóðleiðandi (CMOS) tækni er grundvallaratriði í stafrænum rafeindatækni, fyrst og fremst vegna þess að hún stjórnar á skilvirkan hátt raforkuflæði í tækjum.Í reynd inniheldur CMOS hringrás tvenns konar smára: NMO og PMOS.Þessum er komið fyrir til að tryggja að aðeins einn af smára leiði í einu, sem dregur verulega úr orkunni sem hringrásin neytir.

Þegar CMOS hringrás er í gangi hindrar einn smári straumur á meðan hinn lætur það líða.Til dæmis, ef stafrænt merki um '1' (háspennu) er inntak í CMOS inverter, kveikir NMOS smári á (leiðar) og PMOS slokknar (blokkir straum), sem leiðir til lágs spennu eða '0'við framleiðsluna.Aftur á móti virkjar inntak „0“ PMOS og slökkva á NMOS, sem leiðir til mikillar framleiðsla.Þessi rofi tryggir að lágmarks kraftur sé til spillis, sem gerir CMOS tilvalið fyrir tæki eins og snjallsíma og tölvur þar sem krafist er skilvirkni rafhlöðunnar.

2. Hver er munurinn á MOSFET og CMOs?

MOSFET (Metal-oxíð-blóðleiðandi sviði-áhrif smári) er tegund smári sem notuð er til að skipta um rafræn merki.CMOS vísar aftur á móti til tækni sem notar tvær óhefðbundnar tegundir MOSFETs (NMOs og PMOS) til að búa til stafrænar rökstýringar.

Aðalgreiningin liggur í beitingu þeirra og skilvirkni.Einn MOSFET getur virkað sem rofi eða magnað merki, sem þarfnast stöðugs aflstreymis og mögulega myndað meiri hita.CMOS, með því að samþætta bæði NMOS og PMOS smára, skiptir á milli þess að nota einn eða annan, sem dregur úr krafti sem krafist er og hitaður.Þetta gerir CMOs hentugri fyrir nútíma rafeindatæki sem krefjast mikillar skilvirkni og þéttleika.

3. Hvað gerist ef þú hreinsar CMO?

Að hreinsa CMOS á tölvu endurstillir stillingar BIOS (Basic Input/Output System) í vanskil verksmiðjunnar.Þetta er oft gert til að leysa vélbúnað eða ræsivandamál sem geta komið upp vegna rangra eða skemmdar BIOS stillinga.

Til að hreinsa CMO, þá styttir þú venjulega ákveðið par af pinna á móðurborðinu með stökkvari eða fjarlægir CMOS rafhlöðuna í nokkrar mínútur.Þessi aðgerð skolar sveiflukenndu minni í BIOS og eyðir öllum stillingum eins og ræsisröð, kerfistíma og vélbúnaðarstillingum.Eftir að hafa hreinsað CMOS gætirðu þurft að endurstilla BIOS stillingarnar í samræmi við tölvuþörf þína eða vélbúnaðarsamhæfi.

4. Hvað kemur í stað CMOs?

Þrátt fyrir að CMOS tækni sé enn ríkjandi miðar áframhaldandi rannsóknir að þróa val sem gæti hugsanlega veitt meiri skilvirkni, hraða og samþættingu þegar tækni stækkar frekar.

Verið er að kanna grafen smára fyrir óvenjulega rafmagns eiginleika þeirra, svo sem hærri rafeinda hreyfanleika en kísil, sem gæti leitt til hraðari vinnsluhraða.

Notar skammtabita sem geta verið til í mörgum ríkjum samtímis og býður upp á veldishraða eykst fyrir sérstakar útreikninga.

Spintronics: Notar snúning rafeinda, frekar en hleðslu þeirra, til að umrita gögn, mögulega draga úr orkunotkun og auka gagnavinnslu.

Þó að þessi tækni lofi, mun umskipti frá CMOs yfir í nýjan staðal í stafrænum rafeindatækni þurfa að vinna bug á tæknilegum áskorunum og verulegum fjárfestingum í nýrri framleiðslutækni.Sem stendur er CMOs áfram hagnýtasta og notaða tækni í hönnun stafrænnar hringrásar vegna áreiðanleika hennar og hagkvæmni.