Википедија

CMOS — разлика између измена

Интерактиван преглед историје
← Старија изменаНовија измена →
Садржај обрисан Садржај додат
ВизуелноВикитекст
Нема описа измене
Нема описа измене
Ред 1:
[[Image:CMOS Inverter.svg|thumb|right|-{CMOS}- инвертор (НЕ логичка капија)]]▼
'''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.▼
 
-{CMOS}- се, такође, понекад односи и на „комплементарно-симетрични“ метал-оксид полупроводник (или COS-MOS).<ref>-{''COS-MOS'' was an RCA trademark, which forced other manufacturers to find another name —CMOS— CMOS}-</ref> Фраза „комплементарно-симетриични“ односи се на чињеницу да типичан дигитални стил дизајнирања -{CMOS}- користи комплементарне и симетричне парове p типа и п типа метал оксид полупроводника ([[MOSFET operacioni pojačavači|MOSFETsMOSFET]]) за логичке функције.<ref>{{cite web|title=What is CMOS Memory?|url=http://wickedsago.blogspot.com/2011/04/what-is-cmos-memory.html|work=Wicked Sago|accessdate = 3. 3. 2013.}}</ref>▼
▲[[Image:CMOS Inverter.svg|thumb|right|CMOS инвертор (НЕ логичка капија)]]
 
Две важне карактеристике -{CMOS}- уређаја јесу висок имунитет буке и мала статичка потрошња енергије. Будући да је један [[Транзистор|транзистор]] у пару увек искључен, серије комбинација црпи значајну енергију, али само моментално током пребацивања из укљученог у искључено стање. Сходно томе, CMOS уређаји не производе многе беспотребне топлоте као неке друге логичке форме, на пример, [[Транзистор транзистор логика|транзистор-транзистор логика]] (-{ТТL}-) или [[NMOS|-{NMOS}-]] (-{N}--тип -{MOS}-) логика, који обично имају неке трајне струје, чак и када се не мења стање. -{CMOS}- такође омогућава високу густину логичких функција на чипу. То је био главни разлог да -{CMOS}- постане најчешће коришћена технологија за имплементацију у -{VLSI}- чиповима.▼
▲'''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.
 
Фраза "метал-оксид-полупроводник" ондоси се на физичку структуру одређених теренско-ефективних транзистора, који имају електроду са маталним вратим постављену на оксидни изолатор, који је на врху [[Полупроводник|полупроводничког]] материјала. Некада се користио [[Алуминијум|алуминијум]], али данас се користи полисиликон. Друга метална врата су направила преокрет са појавом високих--{k}- диелектричних материјала у -{CMOS}- процесу, а објавио су их IBM и Intel за 45 нанометар чвор и шире[3].▼
▲CMOS се, такође, понекад односи и на „комплементарно-симетрични“ метал-оксид полупроводник (или COS-MOS).<ref>''COS-MOS'' was an RCA trademark, which forced other manufacturers to find another name —CMOS</ref> Фраза „комплементарно-симетриични“ односи се на чињеницу да типичан дигитални стил дизајнирања CMOS користи комплементарне и симетричне парове p типа и п типа метал оксид полупроводника ([[MOSFET operacioni pojačavači|MOSFETs]]) за логичке функције.<ref>{{cite web|title=What is CMOS Memory?|url=http://wickedsago.blogspot.com/2011/04/what-is-cmos-memory.html|work=Wicked Sago|accessdate = 3. 3. 2013.}}</ref>
 
▲Две важне карактеристике CMOS уређаја јесу висок имунитет буке и мала статичка потрошња енергије. Будући да је један [[Транзистор|транзистор]] у пару увек искључен, серије комбинација црпи значајну енергију, али само моментално током пребацивања из укљученог у искључено стање. Сходно томе, CMOS уређаји не производе многе беспотребне топлоте као неке друге логичке форме, на пример, [[Транзистор транзистор логика|транзистор-транзистор логика]] (ТТL) или [[NMOS|NMOS]] (N-тип MOS) логика, који обично имају неке трајне струје, чак и када се не мења стање. CMOS такође омогућава високу густину логичких функција на чипу. То је био главни разлог да CMOS постане најчешће коришћена технологија за имплементацију у VLSI чиповима.
 
▲Фраза "метал-оксид-полупроводник" ондоси се на физичку структуру одређених теренско-ефективних транзистора, који имају електроду са маталним вратим постављену на оксидни изолатор, који је на врху [[Полупроводник|полупроводничког]] материјала. Некада се користио [[Алуминијум|алуминијум]], али данас се користи полисиликон. Друга метална врата су направила преокрет са појавом високих-k диелектричних материјала у CMOS процесу, а објавио су их IBM и Intel за 45 нанометар чвор и шире[3].
 
== Технички подаци ==
Линија 28 ⟶ 26:
Укратко, излази PMOS и NMOS транзистора су комплентарни на тај начин да кад је низак улаз, излаз је висок, и када је улаз висок излаз је низак. Због оваквог понашања излаза и улаза, излаз CMOS кола је инверзан од улаза.
 
Напајања за CMOS се зову V<sub>DD</sub> и V<sub>SS</sub>, или V<sub>CC</sub> и земља (Ground-GND), у зависности од произвођача. V<sub>DD</sub> и V<sub>SS</sub> су преносиоци од конвенцијалног MOS кола и одржавају одвод и изворно снабдевање.<ref>[http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-77.pdf -{CMOS, the Ideal Logic Family}-]</ref> Оно се не односи директно на CMOS јер су оба снабдевања реални извори снабдевања. V<sub>CC</sub> и GND су пренесени од TTL логике и та номенклатура је била задржана увођењем 54C/74C линије CMOS.
 
=== Дуалност ===
 
Важна карактеристика CMOS кола је дуалност која постоји између његових PMOS транзистора и CMOS транзистора. CMOS коло је направљено тако да увек омогући постојање пута од излаза до или напајања или земље. Да би се ово постигло, скуп свих путева на извор напона мора да буде комплемент скупа свких путева на земљи. Ово се лако постиже дефинисањем израза НЕ од стране другог. Због [[Де Морганови закони|Де Морганових закона]] базне логике, PMOS паралелни транзистори имају одговарајуће NMOS редне транзисторе, док PMOS редни транзостори имају одговарајуће NMOS паралелне транзисторе.
 
=== Логика ===
 
[[Image:CMOS NAND.svg|right|thumb|125px|НИ логичка капија у CMOS]]
 
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'''.
 
Линија 90 ⟶ 85:
Пошто већина врата не раде/пребацују у сваком временском цилусу, оне су често праћене <math>\alpha</math> фактором, који се зове активни фактор. Сада, динамично расипање енергије може бити поново написано као <math> P = \alpha C V^2 f </math>.
 
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'''
Линија 98 ⟶ 93:
Додатни облик потрошње енергије постаје значајан 1990. године пошто жице на чипу постају уже и дуже жице правећи већи отпор. CMOS врата на крајевима тих отпорних жица виде споре улазне транзиције. У средини ових промена, и NMOS и PMOS логичке мреже су делимично проводне, и струја тече директно од V<sub>dd</sub> до V<sub>SS</sub>. Енергија која се тако користи назива се crowbar енергија. Пажљиви дизаин, који избегава слабе избачене дугачке танке жице, је побољшао овај ефекат, а ''crowbar'' енергија је скоро увек значајно мања него енергија замене.
 
Да би убрзали дизаин, произвођачи су се окренули ка конструкцијама које имају ниже напонске прагове, али и зато што модерни NMOS транзистор, са V<sub>th</sub> од 200 mV, има значајан подпраг цурења струје. Дизајни (нпр. десктоп процесора) који укључују огроман број кола која се активно не мењају, још увек троше енергију због цурења струје. Цурење енергије је значајан део укупне потрошене енергије са таквим дизајном. Виши праг CMOS (Multi-threshold CMOS - MTCMOS), сада доступан ливницама, је један од приступа управљања церењем енергије. Са MTCMOS, високи V<sub>th</sub> транзистори се користе када брзина замене није критична, док се ниски V<sub>th</sub> транзистори користе за осетљиве путеве брзине. Даљи технолошки напретци, који користе чак и тања диелектрична врата, имају додатну компоненту цурења због [[Тунел ефекат|тунеловања]] струје кроз изузетно танка диелектрична врата. Коришћењем високе к-диелектрике, уместо [[Силицијум диоксид|слицијум диоксида]], добијају се конвенционална диелектрична врата, која дозвољавају сличне перфомансе уређаја али са дебљим изолатором врата, чиме се избегава цурење. Смањење у цурењу енергије коришћењем новог материјала и система дизајна је важан за одржавање квалитета CMOS.<ref>-{A good overview of leakage and reduction methods are explained in the book [http://www.springer.com/engineering/circuits+%26+systems/book/978-0-387-25737-2 Leakage in Nanometer CMOS Technologies] ISBN 0-387-25737-3.}-</ref>
 
== Аналогни CMOS ==
Линија 110 ⟶ 105:
== Једно-електронски CMOS транзистор ==
 
Ултра мали (L=20&nbsp;nm, W=20&nbsp;nm) CMOS транзистори постижу једноелектронски лимит када раде на веома ниским температурама, у распону од -269&nbsp;°C (4&nbsp;К) до -258&nbsp;°C (15&nbsp;К). Транзистор показује Coulomb блокаду због прогресивног пуњења једним по једним електроном. Број електрона затворен у каналу се преноси услед напона на вратима, стартујући пуњење од нула електрона, а онда може да се јави скуп од једног или више електрона.<ref>{{citeCite journal doi|10.1088/0957-4484/23/21/215204}}</ref>
| last1 = Prati | first1 = E.
| last2 = De Michielis | first2 = M.
| last3 = Belli | first3 = M.
| last4 = Cocco | first4 = S.
| last5 = Fanciulli | first5 = M.
| last6 = Kotekar-Patil | first6 = D.
| last7 = Ruoff | first7 = M.
| last8 = Kern | first8 = D. P.
| last9 = Wharam | first9 = D. A.
| last10 = Verduijn
| doi = 10.1088/0957-4484/23/21/215204 | first10 = J.
| last11 = Tettamanzi | first11 = G. C.
| last12 = Rogge | first12 = S.
| last13 = Roche | first13 = B.
| last14 = Wacquez | first14 = R.
| last15 = Jehl | first15 = X.
| last16 = Vinet | first16 = M.
| last17 = Sanquer | first17 = M.
| title = Few electron limit of n-type metal oxide semiconductor single electron transistors
| journal = Nanotechnology
| volume = 23
| issue = 21
| pages = 215204
| year = 2012
| pmid = 22552118
| pmc =
}}</ref>
 
== Референце ==▼
{{reflist|30em}}▼
 
== Литература ==
{{refbegin}}
* {{cite book |author= Baker, R. Jacob |title=CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation, Third Edition |publisher=Wiley-IEEE |location= |year=2010 |page=1174 |isbn=978-0-470-88132-3 |oclc= |doi= |accessdate=}} http://CMOSedu.com
* {{cite book |author=Weste, Neil H. E. and Harris, David M. |title=CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective, Fourth Edition |publisher=Pearson/Addison-Wesley |location=Boston |year=2010 |page=840 |isbn=978-0-321-54774-3 |oclc= |doi= |accessdate=}} http://CMOSVLSI.com/
* {{cite book |author=Veendrick, Harry J. M. |title= Nanometer CMOS ICs, from Basics to ASICs |publisher=Springer |location=New York |year=2008 |page=770 |isbn=978-1-4020-8332-7 |oclc= |doi= |accessdate=}}
* {{cite book |author=Carver Mead and Lynn Conway |title=Introduction to VLSI systems |publisher=Addison-Wesley |location=Boston |year=1980 |pages= |isbn=0-201-04358-0 |oclc= |doi= |accessdate=}}
{{refend}}
== Види још ==
{{Columns-list|4|
* -{[[DTL]]}-
* -{[[ECL]]}-
Линија 121 ⟶ 154:
* -{[[RCTL]]}-
* -{[[TTL]]}-
}}
 
== Спољашње везе ==
{{Commons category}}
* [http://www.kingswood-consulting.co.uk/giicm/ Распоред пинова за разне породице интегралних кола]
 
* [http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de/applets/cmos/ -{CMOS gate description and interactive illustrations}-]
▲== Референце ==
* [http://lasihomesite.com/ -{LASI] is a "general purpose" IC layout CAD tool. It is a free download and can be used as a layout tool for CMOS circuits.}-
▲{{reflist|30em}}
 
 
[[Категорија:Електроника]]
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/wiki/CMOS”