互补金属氧化物半导体技术

在本教程中,我们将学习CMOS技术,什么是CMOS技术的优势,基亚博彩票下载本工作一个简单的CMOS逆变器和一些逻辑门,如NAND和NOR实现使用CMOS。

介绍

对于互补金属氧化物半导体而言,CMOS是制造集成电路的主要技术。CMOS技术在制造集成电路或IC中的主导地位将持续几十年来。

通常,CMOS技术与VLSI或非常大的集成电路相关联,其中几百万甚至数十亿晶体管(MOSFET特定)集成到单个芯片或模具中。

主导使用CMOS技术在VLSI芯片制造中的原因是可靠性,功耗低,成本显着低,最重要的可扩展性。

根据谁,您可能已经听说过着名的Moore的摩尔法,根据谁,芯片上的设备数量每18至24个月加倍。尽管GORDAN MOORE并不暗示CMOS,但由于CMOS技术,MOORE的法律已成功实现。

今天,我们正在处理小于7nm的频道长度(在发布本教程时),所有都是因为CMOS中的缩放能力。

逻辑家庭

在进入CMOS的更多细节之前,让我们简要了解逻辑系列是什么。集成电路或芯片是具有作为一个实体集成的电路数的设备。由于IC是一种简化复杂性的方式,因此在生产中有许多类型的电路配置,如果集成电路。

所有这些电路配置方法都称为逻辑系列。逻辑系列背后的想法是当使用单个方法组合在一起的IC时,电路的不同逻辑功能将具有相同的电气特性。

这些特性包括功耗、电源、速度、噪声等。

由于大多数IC使用双极设备或MOS设备制造,逻辑系列也分为两个家庭:双极家庭和MOS家庭。

双极逻辑系列

下面是双极逻辑家族的列表。

  • 二极管逻辑(DL)
  • 电阻晶体管逻辑(RTL)
  • 二极管晶体管逻辑(DTL)
  • 晶体管晶体管逻辑(TTL)
  • 发射器耦合逻辑(ECL)
  • 集成注入逻辑(I2l)

mos逻辑家庭

下面是MOS逻辑家族的列表。

  • PMOS家族(使用p-Channel MOSFET)
  • NMOS系列(使用n通道MOSFET)
  • CMOS家族(使用p-Channel MOSFET和n-Channel MOSFET)

还有另一种逻辑家族称为Bi-CMOS家族,它既使用双极设备也使用MOS设备。

PMOS和NMOS技术

在广泛利用CMOS技术之前,用于实现逻辑门和制造IC,PMOS和NMOS逻辑被广泛应用。实际上,英特尔4004和英特尔8008的初始版本使用PMOS技术制造。

PMOS后来被NMOS技术所取代,NMOS技术是一种应用广泛的IC制造技术(在CMOS之前)。最初,即使是CMOS也比NMOS要慢和昂贵。

NMOS成为集成电路的“标准过程”。NMOS技术的主要优点是简单的物理过程,功能密度高,速度良好(最初比CMOS更快),更容易制造。

NMOS技术的主要缺点是电不对称和静态功耗。所有这些缺点都被CMOS技术所最小化。

互补金属氧化物半导体技术

CMOS技术使用NMOS和PMO来实现各种逻辑功能。N沟道MOSFET和P沟道MOSFET都是这样的,使得它们具有匹配的特性(在on和关闭状态期间)。

CMOS技术在双极或以前流行的NMOS技术的主要优点是其在静态条件下的功耗极低,因为它们仅在开关操作期间汲取功率。

与双极或NMOS技术相比,这允许在超大规模集成电路上集成更多的逻辑门。

如今,CMOS技术是VLSI工业中占主导地位的集成电路制造技术,用于制造高端微处理器、微控制器、存储模块、传感器和专用集成电路(asic)。

在CMOS逻辑中结合NMOS和PMOS器件使得设计不同的逻辑功能更加容易。随着CMOS集成电路制造技术的改进,晶体管的尺寸可以缩小。

缩小晶体管的尺寸意味着更多的逻辑功能可以集成到同一集成电路中,而不影响速度和功率。

最初,CMOS集成电路技术用于数字逻辑集成电路的制造。低成本和增强功能的发展导致CMOS技术被用于模拟ic和混合信号设计。

CMOS逻辑

静态CMOS电路由组合逻辑栅极组成,其中一个或多个输入和一个输出。让我们看到一些重要的CMOS逻辑门。

逆变器

最简单的逻辑门是逆变器。它是数字设计的重要组成部分,了解逆变器的操作和性质将使学习NAND栅栏,加法器,多路复用器及甚至微处理器来说明显更容易。

以下是CMOS逆变器门的电路以及其符号。

CMOS逆变器

CMOS逆变器也被称为非门。从上面的电路,你可以看到一个CMOS逆变器由一个n通道MOSFET (NMOS)和一个p通道MOSFET (PMOS)。

当输入A为低电平时,即逻辑0,NMOS晶体管关闭,PMOS晶体管接通。P沟道MOSFET为V提供了一条路径DD出现在输出。因此,输出高即逻辑1。

同样,当输入为HIGH时,NMOS为ON, PMOS为OFF。输出为GND,输出为LOW。

与非

以下电路显示了2输入CMOS NAND门。如图所示,2输入的NAND门由两个N沟道MOSFET组成,其在输出和GND之间串联连接,两个P沟道MOSFET在V之间并联连接DD并输出。

CMOS技术CMOS NAND

当任何输入A或B是LOW时,至少有一个NMOS晶体管将是OFF。为了使输出为LOW,两个输入都应该是HIGH。对于所有其他输入组合,输出将是HIGH。

基于与2输入NAND门相同的原理,设计了3输入CMOS NAND门凸轮,在输出和GND之间有3个NMOS晶体管串联,在V之间有3个PMOS晶体管并联DD并输出。

CMOS技术CMOS NAND 3输入

也不

2输入CMOS NOR门电路如下所示。它由两个p通道mosfet串联在VDD和输出和两个n通道mosfet连接在输出和GND之间并行。

CMOS技术

当输入A或B是高,输出是低,因为至少有一个NMOS晶体管是ON。要使输出为HIGH,两个输入都必须为LOW。

与三输入与非门类似,三输入与非门也可以设计如下电路所示。

CMOS技术CMOS也没有3个输入

CMOS逻辑后面的原则

CMOS中互补的名称指的是NMOS和PMOS晶体管在同一设计中使用。CMOS逻辑门的主要原理是NMOS晶体管作为下拉网络连接输出到GND, PMOS晶体管作为上拉网络连接VDD输出。

CMOS技术CMOS逻辑

CMOS逻辑是这样安排的,只有一个上拉或下拉网络是在一个输入的帮助下,而另一个是关的。

CMOS制造技术

基本上,典型的CMOS VLSI集成电路有四种不同的制造过程。它们是:

  • p阱过程
  • n阱过程
  • 双桶过程
  • 绝缘体上硅(SOI)工艺

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