CMOS

Allikas: Vikipeedia
(Ümber suunatud leheküljelt Komplementaarne metall-oksiid-pooljuht)

CMOS (ingl k sõnadest Complementary Metal-Oxide-Semiconductor „komplementaarne metall-oksiid-pooljuht“) on loogikalülituste rühm ja tehnoloogia. CMOS-tehnoloogial põhineb valdav osa tänapäeval toodetavatest integraallülitustest, sealhulgas mikroprotsessorid, mikrokontrollerid, SRAM moodulid ja paljud muud digitaalsed elektroonikalülitused. Samuti kasutatakse seda tüüpi lülitusi analoogsignaali seadmetes, näiteks transiiverites, opvõimendiites ja CCD-sensorites, samuti segasignaaliga (analoog/digitaal) seadmetes, mille tööpiirkond jääb raadiolainete ja mikrolainete sageduste piirkonda

CMOS-tehnoloogia töötas väljaFrank Wanlass USA firmas ja patenteeris 1967. aastal. [1]

Tehnilised omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

CMOS seadmete eelisteks on väga väike voolutarve – peamiselt tarbitakse voolu ainult sel hetkel, kui transistorid lülituvad ümber juhtivast olekust mittevasse olekusse; sellest tulenevalt on väike ka soojuseraldus (võrreldes näiteks transistor-transistor loogika ehk TTL-iga). CMOS loogikaelemente on võimalik paigutada kiipides väga tihedalt. See oli ka peamine põhjus, miks CMOS-ist on saanud 1980-test aastatest alates ainukasutav tehnoloogia lausintegraallülituste (VLSI) kiipide tootmisel. .[2]

Siiski väga kõrgel töösagedus ei jõua ümberlülitused toimuda piisavalt kiiresti ja võib saabuda hetk, mil mõlemad komplementaarpaari transistorid on korraga sisse lülitatud ning lühistavad lülituse (lühikeseks ajaks. Ka on metalloksiid-pooljuhtseadised väga tundlikud elektrostaatiliste laengute suhtes ja kui nendega ettevaatamatult ümber käia, võivad nad pöördumatult rikneda.

Tavalised CMOS-komponendid võivad töötada temperatuurivahemikus −55 °C kuni 125 °C. Teoreetiliselt suudab räni-CMOS töötada kuni ‒233 °C juures. [3]

CMOS-inverter
NMOS- ja PMOS-transistoridega kiibi ristlõige

Tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

CMOS tehnoloogial põhinevates lülitustes on loogikaelemendid üles ehitatud komplementaarsete (teineteist täiendavate) sümmeetriliste transistoripaaride baasil. Transistorideks on MOSFET-tüüpi väljatransistorid, kusjuures ühel neist on juhtiv kanal p-tüüpi (aukjuhtivusega) ja teisel n-tüüpi (elektronjuhtivusega), vastavalt PMOS- ja NMOS-transistorid. Loogikalülitustes töötavad CMOS-paari transistorid lülitina, kusjuures ükskõik kumma sisendsignaali (1 või 0) korral on üks neist transistoridest juhtiv (lüliti sisse lülitatud) ja teine mittejuhtiv (lüliti välja lülitatud).

PMOP-transistor on ehitatud selliselt, et kui paisule anda madal pinge, tekib lätte ja neelu vahele väike takistus. Vastupidiselt, kui anda paisule kõrgem pinge, tekib lätte ja neelu vahel suur takistus. NMOP-transistor toimib vastupidiselt: kui paisule anda madal pinge, tekib lätte ja neelu vahel suur takistus, ning kui anda kõrge pinge, tekib väike takistus.

Kui näiteks sisendis (transistoride kokkuühendatud paisudel) on madal pingenivoo, siis on juhtiv ainult PMOS-transistor, sest tema pais on lätte suhtes negatiivne. Et avatud transistori kanali takistus on väike (sajad oomid), siis on ka pingelang väike, nii et väljundisse jõuab peaaegu kogu toitepinge (näiteks 1,2 V). Seega on väljundis kõrge pingenivoo ehk signaal 1.

Kui pingenivoo lülituse sisendis muutub kõrgeks, (keskmiselt pool toitepingest), siis muutub PMOS-transistor mittejuhtivaks (tema takistusväga suureks) ja NMOS-transistor mittejuhtivaks, ühendades väljuni maaga, nii et pinge lülituse väljundis muutub peaaegu nulliks.

Niisugune lülitus toimib järelikult EI-loogikaelemendina ehk inverterina, mille kõrgele pingenivoole vastab kahendsüsteemis 1 ja madale 0.

Bipolaarväljundiga CMOS[muuda | redigeeri lähteteksti]

Selle lülituse sisendis on komplementaarsete väljatransistoride paar ja väljundis kaks npn-bipolaartransistori koos takistitega baasiahelas. Bipolaartransistorid annavad võimaluse suurendada ümberlülitusvõimsust, seega suurendada nii väljunvoolu kui ka lülitatavat pinget.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. http://www.google.com/patents/US3356858 | Low stand-by power complementary field effect circuitry
  2. Baker, R. Jacob (2008). CMOS: circuit design, layout, and simulation (väljaanne Second ). Wiley-IEEE. p. xxix . ISBN 978-0-470-22941-5. 
  3. Edwards C, "Temperature control", Engineering & Technology Magazine 26 July - 8 August 2008, IET

Lisalugemist[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]