¿Qué tiene de bueno CMOS?

He leído muchos temas aquí. Leí a algunas personas que dicen que prefiero "tener características CMOS" y así sucesivamente, también en algunas hojas de datos (como AVR), dicen que tiene características CMOS, etc. ¿Recuerdo una vez la palabra "CMOS compatible"?

Entonces, ¿por qué tener "características CMOS" hace que la gente se sienta orgullosa?

La lógica CMOS (semiconductor de óxido metálico complementario) tiene varias características deseables:

1. Alta impedancia de entrada. La señal de entrada está impulsando electrodos con una capa de aislamiento (el óxido de metal) entre ellos y lo que están controlando. Esto les da una pequeña cantidad de capacitancia, pero una resistencia prácticamente infinita. La corriente de entrada o salida de una entrada CMOS mantenida en un nivel es solo una fuga, generalmente de 1 µA o menos.

2. Las salidas conducen activamente en ambos sentidos.

3. Las salidas son prácticamente de riel a riel.

4. La lógica CMOS consume muy poca energía cuando se mantiene en un estado fijo. El consumo de corriente proviene de la conmutación, ya que esos condensadores se cargan y descargan. Incluso entonces, tiene una buena relación velocidad / potencia en comparación con otros tipos de lógica.

5. Las puertas CMOS son muy simples. La puerta básica es un inversor, que son solo dos transistores. Esto junto con el bajo consumo de energía significa que se presta bien para una integración densa. O a la inversa, obtienes mucha lógica para el tamaño, el costo y la potencia.

Se refiere a cómo se construyen las puertas en el CI. CMOS significa Complementary MOS (semiconductor de óxido de metal), que utiliza tanto PMOS como NMOS (es decir, complementarios) para construir la lógica.
CMOS es rápido, tiene un gran abanico y usa menos energía que otras tecnologías.

Otras familias son TTL (lógica de transistor-transistor, NPN / PNP todavía se usa), ECL (lógica de emisor acoplado - rápido pero consume mucha energía - todavía se usa en diversas formas) DTL (lógica de transistor de diodo - viejo) y RTL (transistor de resistencia lógica (mayor)

"CMOS compatible" o "TTL compatible" se usa con frecuencia para describir los niveles de voltaje requeridos para la lógica 1 y 0.

Oli y Olin han explicado las fortalezas de CMOS, pero déjenme dar un paso atrás.

TL: DR: la lógica complementaria permite una oscilación de voltaje de salida de riel a riel, y los transistores MOSFET son una tecnología muy escalable (se pueden obtener miles de millones de transistores en una superficie pequeña) con algunas propiedades muy útiles (en comparación con BJT).

¿Por qué CMOS?

La necesidad de puertas complementarias se debe al hecho de que el concepto de puerta más simple se basa en la idea de pull-up y pull-down; Esto significa que hay un dispositivo (un transistor o un conjunto de transistores) que eleva la salida (a '1') y otro dispositivo para reducirla (a '0').

$V_{GS}>V_T>0.7V$

Tan complementario (la 'C' en CMOS) porque usa dos dispositivos que se comportan de manera opuesta y, por lo tanto, son complementarios. Entonces, la lógica se invierte porque nMOS (que se despliega) requiere un alto voltaje de entrada ('1') para encender y pMOS requiere un bajo voltaje ('0').

Pero, ¿por qué es bueno MOS?

Y algunas informaciones adicionales: como también dijo Olin, la razón principal para la difusión de la tecnología MOSFET es que es un dispositivo plano, lo que significa que es adecuado para fabricarse en la superficie de un semiconductor.

Esto se debe a que, como puede ver en la imagen, la construcción de un MOSFET (este es un canal n, el canal p en el mismo sustrato requiere una región dopada adicional llamada n-pozo) básicamente consiste en dopar las dos regiones n + y depositando la puerta y los contactos (muy muy simplificado).

Los transistores BJT de hoy también se fabrican con tecnología similar a MOS, lo que significa 'grabado' en una superficie, pero básicamente consisten en tres capas de semiconductores dopados de manera diferente, por lo que están destinados principalmente a tecnología discreta. De hecho, la forma en que ahora se construyen es creando estas tres capas a diferentes profundidades en el silicio, y (solo para dar una idea), en tecnología reciente ocupan un área en el orden de micrómetro cuadrado más o menos, mientras que los transistores MOS pueden ser construido en tecnología <20 nm (actualice este valor regularmente), con un área general que puede ser del orden de menos de 100 nm². (imagen a la derecha)

Entonces puede ver que, sumado a las otras propiedades, un transistor MOSFET es mucho más adecuado (en la tecnología actual) para lograr la integración a gran escala, o VLSI.

De todos modos, el transistor bipolar todavía se usa ampliamente en electrónica analógica, por sus mejores propiedades de linealidad. Además, un BJT es más rápido que un MOSFET construido con la misma tecnología (que se entiende como dimensiones de transistor).

CMOS vs MOS

Tenga en cuenta que CMOS no es equivalente a MOS: dado que la C es para 'Complementaria', es una configuración particular (incluso si se usa ampliamente) para puertas MOS, mientras que los circuitos de alta velocidad a menudo usan lógica dinámica, que tiene como objetivo básicamente reducir la capacitancia de entrada de puertas De hecho, tratar de llevar la tecnología al límite, tener dos capacitancias de puerta (como lo ha hecho CMOS) en la entrada es una causa de pérdida de rendimiento. Se podría decir que es suficiente aumentar la corriente entregada en la etapa anterior, pero, por poner un ejemplo, la velocidad de carga 2x requiere corriente de carga 2x, lo que significa 2x conductividad, que se logra con 2x de ancho de canal y, sorpresa, eso duplica el capacitancia de entrada.

Otras topologías, como la lógica de transistores de paso, pueden simplificar la estructura de ciertas puertas y, a veces, lograr una mayor velocidad.

Acerca de las interfaces

Cambiando de tema, cuando se habla de microcontroladores e interfaces, es importante recordar que la alta impedancia de entrada de las compuertas CMOS hace que sea muy importante asegurarse de que los pines de entrada / salida nunca se dejen flotando (si tienen protección, esto se garantiza internamente), ya que la puerta puede estar expuesta al ruido externo y asumir valores impredecibles (con posible bloqueo y daño). Por lo tanto, indicar que un dispositivo tiene características CMOS también debería informarle sobre esto.

Si conoce las alternativas que existían antes de que existiera CMOS o antes de que CMOS fuera lo suficientemente rápido como para competir, comprendería que es una gran tecnología.

Las alternativas fueron TTL, LS-TTL, P- o NMOS.

Sin el bajo consumo de energía de la tecnología CMOS, ninguno de los actuales microprugadores cruzados era prácticamente utilizable.

Los microprocesadores CMOS de hoy en día tienen una densidad de potencia (disipación de potencia por área de chip) que es similar a la de una placa de cocción. Imagine que la densidad de potencia de las tecnologías alternativas sería 100 o 1000 veces mayor.

Solo para agregar a lo que otros ya han respondido, una de las razones por las que un fabricante de chips anunciará su parte es compatible con CMOS, o tiene salidas CMOS reales, es que puede usar su chip con todos los otros CMOS y CMOS. chips compatibles

Por ejemplo, si tiene un microcontrolador o FPGA con pines de E / S CMOS, puede usarlo con chips lógicos de pegamento CMOS, o una EEPROM CMOS, o un ADC CMOS. Tener todas estas partes usando una interfaz estandarizada significa que (en su mayoría) sabe que puede conectarlas todas entre sí, y funcionarán.

CMOS se refiere a una tecnología para crear circuitos integrados (por lo que no se aplica a dispositivos pasivos como resistencias). Existen otras tecnologías , como TTL y NMOS.

Una gran ventaja de CMOS es que usa menos energía que otras tecnologías. Los diseños CMOS tienen un consumo de energía estática casi nulo. Solo durante las transiciones, CMOS usa una cantidad de energía no despreciable, pero aun así es extremadamente pequeño, ya que CMOS cambia rápidamente , del orden de picosegundos para los diseños prácticos más rápidos. (Es por eso que los microcontroladores consumen más energía a frecuencias de reloj más altas, ya que las frecuencias más altas significan transiciones más frecuentes).

Todo eso significa menos calor residual y circuitos integrados más densos (es decir, huellas IC más pequeñas para la misma función). Si su dispositivo funciona con baterías la mayor parte del tiempo, o debe ser lo más pequeño posible (por ejemplo, teléfonos inteligentes), esta es una gran victoria.

Básicamente, somos familias lógicas clasificadas en DOS tipos 1) familias lógicas unipolares 2) familias lógicas bipol, los circuitos integrados de esta familia se construyen utilizando un dispositivo unipolar como MOSFET.