CMOS — разлика између измена

'''Технологија комплементарног метал-оксид-полупроводника (-{CMOS}-)''' се користи за израду [[Интегрисано коло|интегрисаних кола]]. -{CMOS}- технологија се користи код [[Микропроцесор|микропроцесора]], [[Микроконтролер|микроконтеролера]], [[Статички РАМ|статичне RAM меморије]] и других [[Дигитална електроника|дигиталних логичких]] кола. -{CMOS}- технологија се такође користи за неколико аналогних кола као што су |слике сензоре (-{CMOS}- сензор), коннвертори података и високо интегрисани радио-примопредајници за више врста комуникација. Франк Ванлас патентирао је -{CMOS}- 1963. године.

 

== Технички подаци ==

 

 

CMOS кола користе комбинацију p канала и n канала матал-оксид полупроводничких теренско ефективних транзистора ([[MOSFET operacioni pojačavači|MOSFETs]]) за имплементацију [[Логичка капија|логичких врата]]. Иако CMOS лигика може да се имплементира са дискретним уређајима за демонстрације, комерцијални CMOS производи су интегрисана кола састављена од, до милион транзистора оба типа на правоугаоној плочи силицијума, површине између 10 и 400 mm2.

== Инверзија ==

 

 

CMOS кола су конструисана на такав начин да сви PMOS (P-тип MOS) транзистори морају да имају или улаз из напајања или из другог PMOS транзистора. Слично, сви NMOS транзистори морају имати улаз или из земље или од другог NMOS транзистора. Састав PSMO транзистора ствара мали [[Електрични отпор|отпор]] између његовог извора и контактних одвода када су примењена ниско [[Електрични напон|напонска]] [[Капија|врата]] и велика отпорност када су примењена високо напонска врата. Са друге стране, састав NMOS транзистора ствара велики отпор између извора и одвода када су примењена ниско напонска врата и мали отпор када су примењена високо напонска врата. CMOS остварује редукцију струје допуњујући сваки nMOSFET са pMOSFET и спајајући оба врата и оба одвода. Високи напон на вратима узрокује да nМОСФЕТ проводи а pMOSFET не порводи, док ниски напон на вратима ради супротно. Ово уређење у великој мери смањује потрошњу енергије и стварање топлоте. Међутим, током пребацивања оба MOSFET-а кратко проводе како напон на вратима иде са једног у друго стање. Ово ставара кратак прекид у напајању и постаје озбиљан проблем на високим фреквенцијама.

 

=== Логика ===

Комплексније логичке функције, као оне које укључују врата [[Логичка конјункција|'''И''']] и [[Дисјункција|'''ИЛИ''']], захтевају манипулисање путевима између врата при презентацији логике. Када се пут састоји од два редна транзистора, оба транзистора морају имати мали отпор за одговарајући мрежни напон, моделовање '''И'''. Када се пут састоји од два паралелна транзистора, или један или оба транзистора морају да имају мали отпор да би повезали извор мрежног напона са излазом, моделовање '''ИЛИ'''.

 

=== Пример: Физички изглед НИ врата ===

[[Датотека:CMOS NAND Layout.svg|right|thumbnail|150px|Физички слој НИ кола. The larger regions of N-type diffusion and P-type diffusion are part of the transistors. The two smaller regions on the left are taps to prevent [[latchup]].]]

 

Пример показује [[Логичко НИ|'''НИ''']] логички уређај нацртан као физичка репрезентација његове произведње. Дата је перспектива физичког изгледа, „птичија перспектива“, наслаганих слојева. Коло је конструисано од '''p''' типа подлоге. Полисиликон, дифузуја, и '''n–well''' (n-рупа) се односе на "базни слој", и у ствари, они су уметнути у ровове '''p''' типа подлоге. Контакти успустављају везу продирањем кроз изолационе слојеве између базних слојева и првог металног слоја (метал 1).

 

Уопштено класификовано, расипање енергије у CMOS колу се јавља услед постојања две компоненте:

* '''Статичко расипање'''

** '''Под-праг проводљивости кад је транзистор искључен'''

 

NMOS и PMOS транзистори имају врата-извор напонски праг, ипод којег струја (зове се под-праг струја) кроз уређај опада експоненцијално. Историјски, CMOS дизајн ради при мрежном напону много већем од његовог напонског прага (V_dd може да буде 5 V, а V_th за NMOS и PMOS може да буде 700 mV). Специјални тип CMOS транзистора са скоро нула мрежним напонским прагом је природан транзистор.

** '''Тунеловање струје коз оксидна врата'''

 

SiO₂ је веома добар изолатор, али са малом дебљином нивоа електрони могу да буду тунеловани кроз веома танак изолатор; вероватноћа опада експоненцијално са дебљином оксида. Тунеловање струје постаје веома важно за транзисторе технологије испод 130 nm са оксидним вратима од 20 Å или тањим.

** '''Цурење струје кроз обрнуте биас диоде'''

 

Јавља се мало супротно цурење због формирања обрнутог биаса између дуфузионих региона и рупе (јаме) (нпр. p-тип дифузије и n-рупа), рупе и подлога (нпр. n-рупа и p-подлога). У савременом процесу цурење диоде је веома мало у односу на под праг и тунеловање струје, тако да то може да се занемари током енергетских израчунавања. (Напон на улазу (или база) неког транзистора или вакуум цеви, условљавају рад уређаја у проводним стању. Када се примењује контролни напон (улазни напон) до врата, додаје се биас, који омогућава да резултантни напон буде већи или мањи, на основу збира два.)

** '''Струја као последица догађаја (соntention) у сразмерним колима'''

* '''Динамичко расипање'''

** '''Пуњење и пражњење капацитивног оптерећења'''

 

 

Сат у систему има активни фактор α=1, пошто он расте и пада у сваком циклусу. Највише података има активни фактор од 0,1.<ref>K. Moiseev, A. Kolodny and S. Wimer, "Timing-aware power-optimal ordering of signals", ''ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems'', Volume 13 Issue 4, September 2008, Association for Computing Machinery (ACM)</ref> Ако се исправно капацитативно оптерећење процени на чвору заједно са његовим активним фактором, динамичко расипање енергије на том чвору може ефикасно да се израчуна.

** '''Расипање снаге кратких кола'''

 

| volume = 23

| issue = 21 |pages= 215204

| pmid = 22552118

| pmc =

{{refbegin|2}}

{{refbegin}}

* {{Cite book |ref= harv|author=Carver Mead and Lynn Conway |title=Introduction to VLSI systems |publisher=Addison-Wesley |location=Boston |year=1980 |isbn=978-0-201-04358-7|oclc= |doi= |accessdate=}}

{{refend}}