КМОП

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

КМОП (комплеменарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения логических электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с другими технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малье энергопотребление в статическом режиме — в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний.

Подавляющее большинство современных логических микросхем, в том числе, процессоров, используют схемотехнику КМОП.

[править] История

Схемы КМОП в 1963 изобрёл Фрэнк Вонлас (Frank Wanlass) из Fairchild Semiconductor, первые микросхемы по технологии КМОП были созданы в 1968. Долгое время КМОП рассматривалась как энергосберегающая, но медленная альтернатива ТТЛ, поэтому микросхемы КМОП нашли применение в электронных часах, калькуляторах и других устройствах с батарейным питанием, где энергопотребление было критичным.

К 1990 году с повышением степени интеграции микросхем встала проблема рассеивания энергии на элементах. В результате технология КМОП оказалась в выигрышном положении. Со временем была достигнута скорость переключения и плотность монтажа недостижимые в технологиях, основанных на биполярных транзисторах.

Ранние КМОП-схемы были очень уязвимы к электростатическим разрядам. Сейчас эта проблема в основном решена, но при монтаже КМОП-микросхем рекомендуется принимать меры по снятию электрических зарядов.

Упоминание «металла» в аббревиатуре «КМОП» является анахронизмом. Ранние МОП-транзисторы действительно использовали в качестве затвора металлическую пластинку, отделённую оксидной плёнкой в качестве изолятора от полупроводникового материала канала. Сейчас затворы делают из поликристаллического кремния.

[править] Технология

Для примера рассмотрим схему вентиля И-НЕ, построенного по технологии КМОП.

• Если на оба входа A и B подан высокий уровень, то оба транзистора снизу на схеме открыты, а оба верхних закрыты, то есть выход соединён с землёй.
• Если хотя бы на один из входов подать низкий уровень, соответствующий транзистор сверху будет открыт, а снизу закрыт. Таким образом, выход будет соединён с напряжением питания и отсоединён от земли.

В схеме нет никаких нагрузочных сопротивлений, поэтому в статическом состоянии через КМОП-схему протекают только токи утечки через закрытые транзисторы, и энергопотребление очень мало. При переключениях электрическая энергия тратится в основном на заряд емкостей затворов и проводников, так что потребляемая (и рассеиваемая) мощность пропорциональна частоте этих переключений (например, тактовой частоте процессора).

Логические микросхемы
ЭСЛ | ДТЛ | РТЛ | ТТЛ | N-МОП | КМОП