CMOS: Różnice pomiędzy wersjami

Przeglądaj historię interaktywnie

[wersja przejrzana]

← poprzednia edycja następna edycja →

Usunięta treść Dodana treść

WizualnieWikikod

Jednokolumnowy

Wersja z 15:11, 17 gru 2022

CMOS (ang. Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) – technologia wytwarzania układów scalonych, głównie cyfrowych, składających się z tranzystorów MOS o przeciwnym typie przewodnictwa i połączonych w taki sposób, że w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dzięki temu układ statycznie nie pobiera żadnej mocy (pomijając niewielki prąd wyłączenia tranzystora), a prąd ze źródła zasilania płynie tylko w momencie przełączania – gdy przez bardzo krótką chwilę przewodzą jednocześnie oba tranzystory. Tracona w układach CMOS moc wzrasta nieliniowo wraz z częstotliwością przełączania, co wiąże się z przeładowywaniem wszystkich pojemności, szczególnie tych obciążających wyjścia.

Układy CMOS są relatywnie proste i tanie w produkcji umożliwiając uzyskanie bardzo dużych gęstości upakowania tranzystorów na jednostce powierzchni płytki krzemu. W nowoczesnych układach powierzchnia zajmowana przez jeden tranzystor jest znacznie mniejsza od 1 µm².

Historia

Obwody CMOS zostały wynalezione w 1963 r. przez Franka Wanlassa z firmy Fairchild Semiconductor. Pierwszy układ scalony wykonany w technologii CMOS powstał w firmie Radio Corporation of America w 1968 r., pod kierunkiem Alberta Medwina. Oryginalnie układy CMOS stanowiły oszczędną alternatywę do energochłonnych układów TTL. Znikomy pobór mocy przez te układy przy małych częstotliwościach przełączania stanowił atut zwłaszcza w układach zegarów przemysłowych oraz wszędzie tam, gdzie czas pracy z baterii był istotniejszy niż szybkość działania. Z czasem poprawiono także parametry dynamiczne i po 25 latach układy CMOS zdominowały elektronikę cyfrową.

Temperatura pracy

Typowe układy CMOS mogą pracować w zakresie od −55 do +125 °C. Jednak już w sierpniu 2008 roku istniały przesłanki, że obwody CMOS mogą działać nawet do −230 °C, czyli 40 K^[1]. Realnie, temperatury w pobliżu 40 K zostały osiągnięte w przypadku przetaktowywania procesora AMD Phenom II, który był chłodzony przy pomocy mieszanki ciekłego azotu i ciekłego helu^[2].

Bardzo małe tranzystory CMOS, o wielkości rzędu 20 × 20 nm, uzyskują ograniczenie jednoelektronowe, gdy działają w temperaturze kriogenicznej w zakresie od −269 °C (4 K) do około −258 °C (15 K). Tranzystor taki wykazuje blokadę Coulomba z powodu postępującego, jeden po drugim, ładowania elektronów. Ilość elektronów zamkniętych w kanale jest napędzana przez napięcie bramki, poczynając od zera elektronów, może być ustawiona na 1 lub więcej^[3].

Podział układów CMOS

Układy CMOS można podzielić na cztery główne kategorie:

Układy do zastosowań masowych, o niewielkiej szybkości działania. Przykładem są układy zegarkowe i proste, nieprogramowalne układy kalkulatorowe.
Układy programowalne (takie jak układy PLD i FPGA) i specjalizowane (ASIC).
Uniwersalne układy cyfrowe LSI i VLSI, głównie układy mikroprocesorowe i pamięciowe.
Uniwersalne układy cyfrowe SSI i MSI, stanowiące funkcjonalne odpowiedniki układów TTL.

Podstawowy układ CMOS

Podstawowym układem CMOS jest Bramka NOT (inwerter), składająca się z dwóch komplementarnych tranzystorów MOS, połączonych w sposób pokazany na rysunku obok. Obydwa tranzystory są wykonane z bramką krzemową (z polikrzemu, który służy także do połączenia obydwu bramek). Granice obszarów p-n stanowią diody pasożytnicze.

Zobacz też

Przypisy

↑ Edwards C. Temperature control. „Engineering & Technology Magazine”, 26 lipca - 8 sierpnia 2008. Institution of Engineering and Technology.
↑ Maximum PC Staff: Overclocked AMD Phenom II Hits 6.5GHz with Liquid Nitrogen/Helium Cooling. blogs.amd.com/patmoorhead, 2009-01-26. [dostęp 2015-05-26]. (ang.).
↑ Prati, E.; De Michielis, M.; Belli, M.; Cocco, S.; Fanciulli, M.; Kotekar-Patil, D.; Ruoff, M.; Kern, D.P.; Wharam, D.A.; Verduijn, J.; Tettamanzi, G.C.; Rogge, S.; Roche, B.; Wacquez, R.; Jehl, X.; Vinet, M.; Sanquer, M. Few electron limit of n-type metal oxide semiconductor single electron transistors. „Nanotechnology”. 23, s. 215204, 2012. PMID: 22552118.

Bibliografia

Józef Kalisz, Podstawy elektroniki cyfrowej, WKiŁ, Warszawa, 2007.

[1] Edwards C. Temperature control. „Engineering & Technology Magazine”, 26 lipca - 8 sierpnia 2008. Institution of Engineering and Technology.

[2] Maximum PC Staff: Overclocked AMD Phenom II Hits 6.5GHz with Liquid Nitrogen/Helium Cooling. blogs.amd.com/patmoorhead, 2009-01-26. [dostęp 2015-05-26]. (ang.).

[3] Prati, E.; De Michielis, M.; Belli, M.; Cocco, S.; Fanciulli, M.; Kotekar-Patil, D.; Ruoff, M.; Kern, D.P.; Wharam, D.A.; Verduijn, J.; Tettamanzi, G.C.; Rogge, S.; Roche, B.; Wacquez, R.; Jehl, X.; Vinet, M.; Sanquer, M. Few electron limit of n-type metal oxide semiconductor single electron transistors. „Nanotechnology”. 23, s. 215204, 2012. PMID: 22552118.

[1]

[2]

[3]

@@ Linia 1: / Linia 1: @@
-[[Plik:Static CMOS Inverter.png|frame|right|Układ wykonany w technologii CMOS]]
+[[Plik:Cmos nand.svg|thumb|210px|Bramka logiczna NAND w technologii CMOS]]
+[[Plik:Cmos nor.svg|thumb|210px|Bramka logiczna NOR w technologii CMOS]]
-'''CMOS''' ([[język angielski|ang.]] ''Complementary MOS'') – [[technologia]] wytwarzania [[układ scalony|układów scalonych]], głównie cyfrowych, składających się z [[tranzystor]]ów [[MOSFET|MOS]] o przeciwnym typie [[przewodnictwo elektryczne|przewodnictwa]] i połączonych w taki sposób, że w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dzięki temu układ statycznie nie pobiera żadnej mocy (pomijając niewielki prąd wyłączenia tranzystora), a prąd ze źródła zasilania płynie tylko w momencie przełączania – gdy przez bardzo krótką chwilę przewodzą jednocześnie oba tranzystory. Tracona w układach CMOS moc wzrasta wraz z częstotliwością przełączania, co wiąże się z przeładowywaniem wszystkich [[kondensator|pojemności]], szczególnie pojemności obciążających wyjścia.
+'''CMOS''' ([[język angielski|ang.]] ''Complementary Metal-Oxide-Semiconductor'') – technologia wytwarzania [[układ scalony|układów scalonych]], głównie cyfrowych, składających się z [[MOSFET|tranzystorów MOS]] o przeciwnym typie [[przewodnictwo elektryczne|przewodnictwa]] i połączonych w taki sposób, że w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dzięki temu układ statycznie nie pobiera żadnej mocy (pomijając niewielki prąd wyłączenia tranzystora), a prąd ze źródła zasilania płynie tylko w momencie przełączania – gdy przez bardzo krótką chwilę przewodzą jednocześnie oba tranzystory. Tracona w układach CMOS moc wzrasta nieliniowo wraz z częstotliwością przełączania, co wiąże się z przeładowywaniem wszystkich [[kondensator|pojemności]], szczególnie tych obciążających wyjścia.
-Układy CMOS są relatywnie proste i tanie w produkcji umożliwiając uzyskanie bardzo dużych gęstości upakowania tranzystorów na jednostce powierzchni płytki [[krzem]]u. W nowoczesnych układach powierzchnia zajmowana przez jeden tranzystor jest mniejsza od 1 µm².
+Układy CMOS są relatywnie proste i tanie w produkcji umożliwiając uzyskanie bardzo dużych gęstości upakowania tranzystorów na jednostce powierzchni płytki krzemu. W nowoczesnych układach powierzchnia zajmowana przez jeden tranzystor jest znacznie mniejsza od 1&nbsp;µm².
-Obwody CMOS zostały wynalezione w [[1963]] przez [[Frank Wanlass|Franka Wanlassa]] z firmy [[Fairchild Semiconductor]]. Pierwszy [[układ scalony]] wykonany w technologii CMOS powstał w firmie [[RCA]] w [[1968]] pod okiem [[Albert Medwin|Alberta Medwina]]. Oryginalnie układy CMOS stanowiły oszczędną alternatywę do energochłonnych układów [[Transistor-Transistor Logic|TTL]]. Znikomy pobór mocy układów CMOS przy małych częstotliwościach przełączania stanowił atut zwłaszcza w układach zegarów przemysłowych oraz wszędzie tam, gdzie czas pracy z baterii był istotniejszy niż szybkość działania. Z czasem poprawiono także parametry dynamiczne i po 25 latach układy CMOS zdominowały [[elektronika cyfrowa|elektronikę cyfrową]].
+== Historia ==
+Obwody CMOS zostały wynalezione w 1963 r. przez [[Frank Wanlass|Franka Wanlassa]] z firmy [[Fairchild Semiconductor]]. Pierwszy układ scalony wykonany w technologii CMOS powstał w firmie [[Radio Corporation of America]] w 1968 r., pod kierunkiem [[Albert Medwin|Alberta Medwina]]. Oryginalnie układy CMOS stanowiły oszczędną alternatywę do energochłonnych układów [[transistor-transistor logic|TTL]]. Znikomy pobór mocy przez te układy przy małych częstotliwościach przełączania stanowił atut zwłaszcza w układach zegarów przemysłowych oraz wszędzie tam, gdzie czas pracy z baterii był istotniejszy niż szybkość działania. Z czasem poprawiono także parametry dynamiczne i po 25 latach układy CMOS zdominowały [[elektronika cyfrowa|elektronikę cyfrową]].
+== Temperatura pracy ==
+Typowe układy CMOS mogą pracować w zakresie od −55 do +125&nbsp;°C. Jednak już w sierpniu 2008 roku istniały przesłanki, że obwody CMOS mogą działać nawet do −230&nbsp;°C, czyli 40&nbsp;K<ref>{{Cytuj pismo |autor = Edwards C |tytuł = Temperature control |czasopismo = Engineering & Technology Magazine |wolumin = |wydanie = |strony = |data = 26 lipca - 8 sierpnia 2008 |wydawca = Institution of Engineering and Technology |issn =}}</ref>. Realnie, temperatury w pobliżu 40&nbsp;K zostały osiągnięte w przypadku [[Przetaktowywanie|przetaktowywania]] procesora [[AMD Phenom|AMD Phenom&nbsp;II]], który był chłodzony przy pomocy mieszanki [[Ciekły azot|ciekłego azotu]] i [[Ciekły hel|ciekłego helu]]<ref>{{Cytuj stronę |url = http://www.maximumpc.com/overclocked-amd-phenom-ii-hits-65ghz-with-liquid-nitrogenhelium-cooling/ |tytuł = Overclocked AMD Phenom II Hits 6.5GHz with Liquid Nitrogen/Helium Cooling |autor = Maximum PC Staff |opublikowany = blogs.amd.com/patmoorhead |język = en |data = 2009-01-26 |data dostępu = 2015-05-26}}</ref>.
+Bardzo małe tranzystory CMOS, o wielkości rzędu 20&nbsp;×&nbsp;20&nbsp;nm, uzyskują ograniczenie jednoelektronowe, gdy działają w temperaturze kriogenicznej w zakresie od −269&nbsp;°C (4&nbsp;K) do około −258&nbsp;°C (15&nbsp;K). Tranzystor taki wykazuje blokadę Coulomba z powodu postępującego, jeden po drugim, ładowania elektronów. Ilość elektronów zamkniętych w kanale jest napędzana przez napięcie bramki, poczynając od zera elektronów, może być ustawiona na 1 lub więcej<ref>{{Cytuj pismo |autor = Prati, E.; De Michielis, M.; Belli, M.; Cocco, S.; Fanciulli, M.; Kotekar-Patil, D.; Ruoff, M.; Kern, D.P.; Wharam, D.A.; Verduijn, J.; Tettamanzi, G.C.; Rogge, S.; Roche, B.; Wacquez, R.; Jehl, X.; Vinet, M.; Sanquer, M |tytuł = Few electron limit of n-type metal oxide semiconductor single electron transistors |czasopismo = Nanotechnology |wolumin = 23 |wydanie = |strony = 215204 |data = 2012 |issn = |pmid = 22552118}}</ref>.
+== Podział układów CMOS ==
+Układy CMOS można podzielić na cztery główne kategorie:
+# '''Układy do zastosowań masowych''', o niewielkiej szybkości działania. Przykładem są układy zegarkowe i proste, nieprogramowalne układy kalkulatorowe.
+# '''Układy programowalne''' (takie jak układy PLD i [[Bezpośrednio programowalna macierz bramek|FPGA]]) i '''specjalizowane''' ([[Specjalizowany układ scalony|ASIC]]).
+# '''Uniwersalne układy cyfrowe LSI i VLSI''', głównie układy mikroprocesorowe i pamięciowe.
+# '''Uniwersalne układy cyfrowe SSI i MSI''', stanowiące funkcjonalne odpowiedniki układów TTL.
+== Podstawowy układ CMOS ==
+[[Plik:CMOS Inverter.svg|thumb|210px|Inwerter wykonany w technologii CMOS (bramka logiczna [[negacja|NOT]])]]
+Podstawowym układem CMOS jest [[Bramka NOT]] (inwerter), składająca się z dwóch komplementarnych tranzystorów MOS, połączonych w sposób pokazany na rysunku obok. Obydwa tranzystory są wykonane z bramką krzemową (z [[Krzem polikrystaliczny|polikrzemu]], który służy także do połączenia obydwu bramek). Granice obszarów p-n stanowią diody pasożytnicze.
 == Zobacz też ==
 * [[matryca CMOS]]
+* [[ECL]]
+* [[Integrated Injection Logic|I<sup>2</sup>L]]
+== Przypisy ==
-[[Kategoria:Elektronika cyfrowa]]
+{{Przypisy}}
-[[Kategoria:Rodziny układów scalonych]]
+== Bibliografia ==
-[[ar:سيموس]]
+* Józef Kalisz, ''Podstawy elektroniki cyfrowej'', WKiŁ, Warszawa, 2007.
-[[bn:সিমস]]
-[[bs:CMOS]]
+{{Kontrola autorytatywna}}
-[[bg:CMOS]]
-[[ca:CMOS]]
+[[Kategoria:Elektronika cyfrowa]]
-[[cs:CMOS]]
+[[Kategoria:Typy układów scalonych]]
-[[de:Complementary Metal Oxide Semiconductor]]
-[[et:CMOS]]
-[[en:CMOS]]
-[[es:Complementary metal oxide semiconductor]]
-[[eu:CMOS]]
-[[fa:سیماس]]
-[[fr:Complementary metal oxide semi-conductor]]
-[[ko:CMOS]]
-[[hi:सीएमओएस (CMOS)]]
-[[hr:CMOS]]
-[[id:CMOS]]
-[[it:CMOS]]
-[[he:CMOS]]
-[[kn:ಸಿ ಎಮ್ ಒ ಎಸ್]]
-[[hu:CMOS]]
-[[nl:CMOS]]
-[[ja:CMOS]]
-[[no:CMOS]]
-[[nn:CMOS]]
-[[pt:CMOS]]
-[[ru:КМОП]]
-[[sk:Complementary Metal Oxide Semiconductor]]
-[[sr:CMOS]]
-[[fi:CMOS]]
-[[sv:CMOS]]
-[[tr:CMOS]]
-[[uk:КМОН]]
-[[ur:تکمیلی فلزی اکسید نیم موصل (تفانم)]]
-[[vi:CMOS]]
-[[zh:CMOS]]