Qu'est-ce qui est si génial avec CMOS?

J'ai lu beaucoup de sujets ici. J'ai lu certaines personnes disant que je préfère "avoir des caractéristiques CMOS" et ainsi de suite, également dans certaines fiches techniques (comme AVR), ils disent qu'il a des caractéristiques CMOS, etc ... Je me souviens d'une fois "CMOS compatible" mot?

Alors pourquoi avoir des "caractéristiques CMOS" rend les gens fiers?

La logique CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire) présente un certain nombre de caractéristiques souhaitables:

1. Impédance d'entrée élevée. Le signal d'entrée entraîne des électrodes avec une couche d'isolant (l'oxyde métallique) entre elles et ce qu'elles contrôlent. Cela leur donne une petite capacité, mais une résistance pratiquement infinie. Le courant entrant ou sortant d'une entrée CMOS maintenue à un niveau n'est qu'une fuite, généralement de 1 µA ou moins.

2. Les sorties pilotent activement dans les deux sens.

3. Les sorties sont à peu près rail à rail.

4. La logique CMOS consomme très peu d'énergie lorsqu'elle est maintenue dans un état fixe. La consommation de courant provient de la commutation lorsque ces condensateurs sont chargés et déchargés. Même dans ce cas, il présente un bon rapport vitesse / puissance par rapport aux autres types de logique.

5. Les portes CMOS sont très simples. La grille de base est un onduleur, qui n'est que deux transistors. Ceci combiné à la faible consommation d'énergie signifie qu'il se prête bien à une intégration dense. Ou inversement, vous obtenez beaucoup de logique pour la taille, le coût et la puissance.

Il se réfère à la façon dont les portes sont construites sur le CI. CMOS signifie Complementary MOS (semi-conducteur à oxyde métallique), qui utilise à la fois PMOS et NMOS (c'est-à-dire complémentaires) pour construire la logique.
Le CMOS est rapide, dispose d'un grand ventilateur et utilise moins d'énergie que les autres technologies.

Les autres familles sont TTL (logique transistor-transistor, NPN / PNP toujours utilisé), ECL (logique couplée à l'émetteur - rapide mais consomme beaucoup d'énergie - toujours utilisé sous diverses formes) DTL (logique à transistor diode - ancien) et RTL (transistor à résistance logique (ancien)

«Compatible CMOS» ou «Compatible TTL» est fréquemment utilisé pour décrire les niveaux de tension requis pour les logiques 1 et 0.

Oli et Olin ont expliqué les forces du CMOS, mais permettez-moi de prendre du recul.

TL: DR: La logique complémentaire permet une oscillation de tension de sortie rail à rail, et les transistors MOSFET sont une technologie très évolutive (des milliards de transistors peuvent être obtenus sur une petite surface) avec des propriétés très utiles (par rapport au BJT).

Pourquoi CMOS?

Le besoin de portes complémentaires est dû au fait que le concept de porte le plus simple est basé sur l'idée de pull-up et pull-down; cela signifie qu'il existe un dispositif (un transistor ou un ensemble de transistors) qui tire la sortie vers le haut (à «1») et un autre dispositif pour la tirer vers le bas (à «0»).

$V_{GS}>V_T>0.7V$

Donc complémentaire (le «C» en CMOS) car vous utilisez deux appareils qui se comportent de façon opposée et sont donc complémentaires. Ensuite, la logique s'inverse car nMOS (qui tire vers le bas) nécessite une tension d'entrée élevée ('1') pour s'allumer et pMOS nécessite une tension basse ('0').

Mais pourquoi MOS est-il bon?

Et quelques informations supplémentaires: comme l'a également dit Olin, la principale raison de la diffusion de la technologie MOSFET est qu'il s'agit d'un dispositif planaire, c'est-à-dire qu'il convient d'être fabriqué à la surface d'un semi-conducteur.

En effet, comme vous pouvez le voir sur l'image, la construction d'un MOSFET (c'est un canal n, le canal p dans le même substrat nécessite une région dopée supplémentaire appelée n-puits) consiste essentiellement à doper les deux régions n + et dépose du portail et des contacts (très très simplifié).

Les transistors BJT d'aujourd'hui sont également fabriqués en technologie de type MOS, ce qui signifie `` gravé '' sur une surface, mais fondamentalement, ils sont constitués de trois couches de semi-conducteur dopés différemment, ils sont donc principalement destinés à une technologie discrète. En fait, la façon dont ils sont maintenant construits crée ces trois couches à différentes profondeurs dans le silicium et (juste pour donner une idée), dans la technologie récente, elles occupent une zone de l'ordre du micromètre carré, alors que les transistors MOS peuvent être construit en technologie <20 nm (actualisez régulièrement cette valeur), avec une surface globale qui peut être de l'ordre de moins de 100 nm². (photo à droite)

Vous pouvez donc voir que, ajouté aux autres propriétés, un transistor MOSFET est beaucoup mieux adapté (dans la technologie d'aujourd'hui) pour réaliser une intégration à très grande échelle, ou VLSI.

Quoi qu'il en soit, les transistors bipolaires sont encore largement utilisés en électronique analogique, pour leurs meilleures propriétés de linéarité. En outre, un BJT est plus rapide qu'un MOSFET construit avec la même technologie (c'est-à-dire en tant que dimensions de transistor).

CMOS vs MOS

Notez que CMOS n'est pas équivalent à MOS: puisque le C est pour `` complémentaire '', c'est une configuration particulière (même si largement utilisée) pour les portes MOS, tandis que les circuits à grande vitesse utilisent souvent une logique dynamique, qui vise essentiellement à réduire la capacité d'entrée de portes. En fait, essayer de pousser la technologie à la limite, avoir deux capacités de grille (comme CMOS) à l'entrée est une cause de perte de performances. On pourrait dire qu'il suffit d'augmenter le courant délivré par l'étape précédente mais, pour faire un exemple, 2x la vitesse de charge nécessite 2x courant de charge, cela signifie 2x conductivité, qui est obtenue avec 2x largeur de canal, et - surprise - qui double la capacité d'entrée.

D'autres topologies, comme la logique passe-transistor, peuvent simplifier la structure de certaines portes et atteindre parfois une vitesse plus élevée.

À propos des interfaces

En changeant de sujet, lorsque l'on parle de microcontrôleurs et d'interfaces, il est important de se rappeler que la haute impédance d'entrée des portes CMOS rend très important de s'assurer que les broches d'entrée / sortie ne sont jamais laissées flottantes (si elles ont une protection, cela est assuré en interne), car leur le portail peut être exposé à du bruit extérieur et prendre des valeurs imprévisibles (avec verrouillage et endommagement possibles). Le fait de déclarer qu'un appareil possède des caractéristiques CMOS devrait également vous en informer.

Si vous connaissez les alternatives qui existaient avant le CMOS ou avant que le CMOS soit suffisamment rapide pour rivaliser, vous comprendrez que c'est une excellente technologie.

Les alternatives étaient TTL, LS-TTL, P- ou NMOS.

Sans la faible consommation d'énergie de la technologie CMOS, aucun des microprossesseurs actuels n'était même pratiquement utilisable.

Les microprocesseurs CMOS d'aujourd'hui ont une densité de puissance (dissipation de puissance par zone de puce) qui est similaire à celle d'une plaque de cuisson. Imaginez que la densité de puissance des technologies alternatives soit 100 ou 1000 fois plus élevée.

Juste pour ajouter à ce que les autres ont déjà répondu, l'une des raisons pour lesquelles un fabricant de puces annoncera que sa pièce est compatible CMOS, ou a des sorties CMOS réelles, est que cela signifie que vous pouvez utiliser sa puce avec tous les autres CMOS et CMOS. puces compatibles.

Par exemple, si vous avez un microcontrôleur ou FPGA avec des broches d'E / S CMOS, vous pouvez l'utiliser avec des puces logiques de colle CMOS, ou une EEPROM CMOS ou un ADC CMOS. Le fait que toutes ces pièces utilisent une interface normalisée signifie que vous savez (la plupart du temps) que vous pouvez toutes les connecter les unes aux autres et qu'elles fonctionneront.

CMOS fait référence à une technologie pour créer des circuits intégrés (donc elle ne s'applique pas aux appareils passifs comme les résistances). D'autres technologies existent , comme TTL et NMOS.

Un grand avantage du CMOS est qu'il utilise moins d'énergie que les autres technologies. Les conceptions CMOS ont une consommation d'électricité statique presque nulle. Ce n'est que pendant les transitions que le CMOS utilise une quantité d'énergie non négligeable, mais même dans ce cas, il est extrêmement faible car le CMOS bascule rapidement , de l'ordre des picosecondes pour les conceptions pratiques les plus rapides. (C'est pourquoi les microcontrôleurs consomment plus d'énergie à des fréquences d'horloge plus élevées, car des fréquences plus élevées signifient des transitions plus fréquentes.)

Tout cela signifie moins de chaleur perdue et des circuits intégrés plus denses (c'est-à-dire des empreintes IC plus petites pour la même fonction). Si votre appareil fonctionne sur piles la plupart du temps, ou doit être aussi petit que possible (par exemple les smartphones), c'est une énorme victoire.

Fondamentalement, nous sommes classés en familles logiques en DEUX types 1) familles logiques unipolaires 2) familles logiques bipolaires les circuits intégrés de cette famille sont construits à l'aide d'un dispositif unipolaire comme MOSFET.