الفرق بين تقنية CMOS و NMOS

الاكثر شهرة تقنية MOSFET (تقنية أشباه الموصلات) المتوفرة اليوم هي تقنية CMOS أو تقنية MOS التكميلية. تقنية CMOS هي تقنية أشباه الموصلات الرائدة في ASICs والذكريات والمعالجات الدقيقة. الميزة الرئيسية لتقنية CMOS مقارنة بتقنية BIPOLAR و NMOS هي تبديد الطاقة - عندما يتم تبديل الدائرة ، تتبدد الطاقة فقط. هذا يسمح بتركيب العديد من بوابات CMOS على دائرة متكاملة أكثر من تقنية Bipolar و NMOS. تتناول هذه المقالة الفرق بين تقنية CMOS و NMOS.

مقدمة لتقنية IC

السيليكون تكنولوجيا IC يمكن تصنيفها إلى أنواع: ثنائي القطب ، وأشباه موصلات أكسيد المعادن ، و BiCMOS.

تقنية IC

يحتوي هيكل الترانزستورات ثنائية القطب على PNP أو NPN. في هذه أنواع الترانزستورات ، تتحكم كمية التيار الصغيرة في الطبقة الأساسية السميكة في التيارات الكبيرة بين الباعث والمجمع. تحد التيارات الأساسية من كثافة التكامل للأجهزة ثنائية القطب.

يتم تصنيف أشباه الموصلات ذات أكسيد الفلز إلى تقنيات مختلفة ضمن PMOS و NMOS و CMOS. تشمل هذه الأجهزة أشباه الموصلات وأكسيد وبوابة معدنية. حاليًا ، يتم استخدام البولي سيليكون بشكل أكثر شيوعًا كبوابة. عندما يتم تطبيق الجهد على البوابة ، فإنه يتحكم في التيار بين المصدر والصرف. نظرًا لأنها تستهلك طاقة أقل وتسمح MOS بتكامل أعلى.

تقنية BiCMOS توظف كلا من الترانزستورات CMOS و Bipolar المدمجة على نفس شريحة أشباه الموصلات. توفر تقنية CMOS مقاومة I / P عالية ومنخفضة O / P ، وكثافة تعبئة عالية ، وهوامش ضوضاء متناظرة ، وتبديد منخفض للطاقة. جعلت تقنية BiCMOS من الممكن الجمع بين الأجهزة ثنائية القطب وترانزستورات CMOS في عملية واحدة بتكلفة معقولة لتحقيق التكامل عالي الكثافة لمنطق MOS

الفرق بين تقنية CMOS و NMOS

يمكن تمييز الفرق بين تقنية CMOS وتقنية NMOS بسهولة مع مبادئ عملها ومزاياها وعيوبها كما تمت مناقشتها.

تقنية CMOS

تُستخدم أشباه موصلات أكسيد المعادن التكميلية (تقنية CMOS) لبناء الدوائر المتكاملة ويتم استخدام هذه التقنية في الدوائر المنطقية الرقمية والمعالجات الدقيقة والميكروكونترولر وذاكرة الوصول العشوائي الثابتة. تُستخدم تقنية CMOS أيضًا في العديد من الدوائر التناظرية مثل محولات البيانات وأجهزة استشعار الصور وأجهزة الإرسال والاستقبال المتكاملة للغاية. الميزات الرئيسية لتقنية CMOS هي انخفاض استهلاك الطاقة الساكنة ومناعة عالية للضوضاء.

أكسيد معدني متمم أشباه الموصلات

CMOS (شبه موصل أكسيد معدني مكمل) عبارة عن شريحة أشباه موصلات مدمجة تعمل بالبطارية وتستخدم لتخزين البيانات داخل أجهزة الكمبيوتر. تتراوح هذه البيانات من وقت وقت النظام وتاريخه إلى إعدادات الأجهزة لنظام لجهاز الكمبيوتر الخاص بك. أفضل مثال على CMOS هو بطارية خلية تعمل بالعملة المعدنية تستخدم لتشغيل ذاكرة CMOS.

عندما يكون زوجان من الترانزستورات في حالة إيقاف التشغيل ، فإن مجموعة السلاسل تستهلك طاقة كبيرة فقط أثناء التبديل بين حالات التشغيل والإيقاف. لذلك ، لا تولد أجهزة MOS قدرًا كبيرًا من الحرارة المهدرة مثل الأشكال الأخرى للمنطق. على سبيل المثال ، TTL ( منطق الترانزستور الترانزستور ) أو منطق MOS ، والذي عادة ما يكون له بعض التيار الدائم حتى عند عدم تغيير الحالة. يسمح هذا بكثافة عالية من الوظائف المنطقية على شريحة. لهذا السبب ، فإن هذه التقنية الأكثر استخدامًا ويتم تنفيذها في رقائق VLSI.

عمر بطارية CMOS

يبلغ العمر الافتراضي لبطارية CMOS حوالي 10 سنوات. ولكن ، يمكن أن يتغير هذا بناءً على الاستخدام بالإضافة إلى البيئة أينما كان الكمبيوتر موجودًا. إذا تعرضت بطارية CMOS للتلف ، فلن يتمكن الكمبيوتر من الحفاظ على الوقت المحدد وإلا سيتم إيقاف تشغيل الكمبيوتر. على سبيل المثال ، بمجرد تشغيل الكمبيوتر ، يمكن ملاحظة التاريخ والوقت مثل التعيين على 12:00 مساءً و 1 يناير 1990. لذلك ، يحدد هذا الخطأ بشكل أساسي فشل بطارية CMOS.

CMOS العاكس

بالنسبة لأي تقنية IC في تصميم الدوائر الرقمية ، فإن العنصر الأساسي هو العاكس المنطقي. بمجرد فهم تشغيل دائرة العاكس بعناية ، يمكن توسيع النتائج لتشمل تصميم البوابات المنطقية والدوائر المعقدة.

محولات CMOS هي أكثر محولات MOSFET استخدامًا ، والتي تُستخدم في تصميم الرقائق. يمكن أن تعمل هذه المحولات بسرعة عالية وبفقدان أقل للطاقة. أيضًا ، يتميز عاكس CMOS بخصائص المخزن المؤقت المنطقي الجيد. يعطي الوصف المختصر للعواكس فهمًا أساسيًا لعمل العاكس. حالات MOSFET بجهد i / p مختلفة ، وفقدان الطاقة بسبب التيار الكهربائي.

CMOS العاكس

يحتوي عاكس CMOS على PMOS وترانزستور NMOS متصل عند البوابة ومحطات التصريف ، ومصدر جهد VDD في محطة مصدر PMOS ، و GND متصل في محطة مصدر NMOS ، حيث يتم توصيل Vin بأطراف البوابة و Vout متصل بأطراف التصريف.

من المهم ملاحظة أن CMOS لا يحتوي على أي مقاومات ، مما يجعله أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من عاكس MOSFET العادي. نظرًا لأن الجهد عند دخل جهاز CMOS يختلف بين 0 و 5 فولت ، فإن حالة NMOS و PMOS تختلف وفقًا لذلك. إذا قمنا بتصميم كل ترانزستور على أنه مفتاح بسيط يتم تنشيطه بواسطة Vin ، فيمكن رؤية عمليات العاكس بسهولة بالغة.

مزايا CMOS

تستخدم ترانزستورات CMOS الطاقة الكهربائية بكفاءة.

• تُستخدم هذه الأجهزة في مجموعة من التطبيقات ذات الدوائر التناظرية مثل مستشعرات الصور ومحولات البيانات وما إلى ذلك. مزايا تقنية CMOS على NMOS هي كما يلي.
• استهلاك طاقة ثابت منخفض جدًا
• تقليل تعقيد الدائرة
• الكثافة العالية للوظائف المنطقية على الرقاقة
• انخفاض استهلاك الطاقة الساكنة
• مناعة عالية ضد الضوضاء
• عندما تتغير ترانزستورات CMOS من حالة إلى أخرى ، فإنها تستخدم التيار الكهربائي.
• بالإضافة إلى ذلك ، فإن أشباه الموصلات المجانية تحد من جهد التيار الكهربائي عن طريق العمل بشكل متبادل. والنتيجة هي تصميم منخفض الطاقة يوفر حرارة أقل.
• لهذا السبب ، غيرت هذه الترانزستورات تصميمات سابقة أخرى مثل CCDs في مستشعرات الكاميرا بالإضافة إلى استخدامها في معظم المعالجات الحالية.

تطبيقات CMOS

يعد CMOS نوعًا واحدًا من الشرائح ، يتم تشغيله من خلال بطارية تستخدم لتخزين تكوين محرك الأقراص الثابتة بالإضافة إلى البيانات الأخرى.

عادةً ما توفر رقائق CMOS RTC (ساعة الوقت الحقيقي) بالإضافة إلى ذاكرة CMOS داخل متحكم دقيق بالإضافة إلى معالج دقيق.

تقنية NMOS

يستخدم منطق NMOS وحدات MOSFET من النوع n للعمل من خلال صنع طبقة عكسية داخل ترانزستور من النوع p. تُعرف هذه الطبقة باسم طبقة القناة n التي تقوم بتوصيل الإلكترونات بين محطات المصدر والتصريف من النوع n. يمكن إنشاء هذه القناة عن طريق تطبيق الجهد تجاه الطرف الثالث وهو طرف البوابة. على غرار الترانزستورات ذات التأثير الميداني لأشباه الموصلات المعدنية الأخرى ، تشتمل ترانزستورات nMOS على أوضاع تشغيل مختلفة مثل القطع ، والثالث ، والتشبع ، وتشبع السرعة.

تستخدم عائلة NMOS المنطقية MOSFETS ذات القنوات N. تحتاج أجهزة NMOS (N-channel MOS) إلى منطقة شريحة أصغر لكل ترانزستور بالمقارنة مع أجهزة P-channel ، حيث يعطي NMOS كثافة أعلى. توفر عائلة منطق NMOS سرعة عالية أيضًا بسبب التنقل العالي لشحنات الشحن داخل أجهزة N-channel.

لذلك ، فإن معظم المعالجات الدقيقة وأجهزة MOS تستخدم منطق NMOS وإلا فإن بعض الاختلافات الهيكلية مثل DMOS و HMOS و VMOS و DMOS لتقليل تأخير الانتشار.

NMOS ليس سوى أشباه موصلات من أكسيد فلز ذو قناة سالبة يتم نطقها على أنها en-moss. إنه نوع من أشباه الموصلات يشحن سلبًا. بحيث يتم تشغيل / إيقاف الترانزستورات بحركة الإلكترونات. في المقابل ، تعمل القناة الإيجابية MOS -PMOS عن طريق نقل الوظائف الإلكترونية الشاغرة. NMOS أسرع من PMOS.

أكسيد المعادن السالب القناة أشباه الموصلات

يمكن تصميم NMOS من خلال ركيزتين مثل النوع n وكذلك النوع p. في هذا الترانزستور ، غالبية ناقلات الشحنة عبارة عن إلكترونات. نحن نعلم أن الجمع بين PMPS و NMOS يسمى تقنية CMOS. تستخدم هذه التقنية بشكل أساسي طاقة أقل للتشغيل بمخرجات مماثلة وتولد ضوضاء منخفضة طوال عملية التشغيل.

بمجرد إعطاء جهد إلى طرف البوابة ، يتم تحفيز حاملات الشحنة مثل الثقوب داخل الجسم بعيدًا عن طرف البوابة. يسمح هذا بتكوين قناة من النوع n بين المطرافين مثل المصدر والتصريف ويمكن إجراء تدفق التيار باستخدام الإلكترونات من المحطتين من المصدر إلى الصرف باستخدام قناة مستحثة من النوع n.

من السهل جدًا تصميم وتصنيع ترانزستور NMOS. تستهلك الدوائر التي تستخدم بوابات منطقية NMOS طاقة ثابتة بمجرد أن تكون الدائرة غير نشطة. حيث يمد التيار المستمر في جميع أنحاء البوابة المنطقية بمجرد انخفاض الإنتاج.

NMOS العاكس

دائرة العاكس o / ps جهد يمثل المستوى المنطقي المعاكس لـ i / p. يتم عرض مخطط NMOS العاكس أدناه والذي تم إنشاؤه باستخدام ترانزستور NMOS واحد مقترن بترانزستور.

NMOS العاكس

الفرق بين NMOS و CMOS

تتم مناقشة الفرق بين NMOS و CMOS في شكل جدول.

لماذا تُفضل تقنية CMOS على تقنية NMOS

CMOS لتقف على أكسيد المعادن التكميلية أشباه الموصلات. من ناحية أخرى ، NMOS عبارة عن أكسيد فلز أشباه الموصلات MOS أو MOSFET (أشباه موصلات أكسيد المعادن حقل التأثير الترانزستور ). هاتان عائلتان منطقيتان ، حيث يستخدم CMOS كلاً من ترانزستورات PMOS و MOS للتصميم ويستخدم NMOS فقط FETs للتصميم. يتم اختيار CMOS على NMOS لـ تصميم نظام مضمن . لأن CMOS ينشر كلاً من المنطق o و 1 ، بينما NMOS ينشر فقط المنطق 1 الذي هو VDD. O / P بعد المرور بواحد ، ستكون بوابة NMOS VDD-Vt. لذلك ، يفضل استخدام تقنية CMOS.

في بوابات CMOS المنطقية ، يتم وضع مجموعة من وحدات MOSFET من النوع n في شبكة منسدلة بين سكة إمداد الطاقة ذات الجهد المنخفض والإخراج. بدلاً من المقاوم للحمل للبوابات المنطقية NMOS ، تحتوي بوابات CMOS المنطقية على مجموعة من MOSFET من النوع P في شبكة سحب بين السكة عالية الجهد والمخرج. لذلك ، إذا كان لكل من الترانزستورات بوابات متصلة بنفس المدخلات ، فسيتم تشغيل MOSFET من النوع p عند إيقاف تشغيل MOSFET من النوع n ، والعكس صحيح.

كل من CMOS و NMOS مستوحيان من النمو في التقنيات الرقمية ، التي تُستخدم لبناء الدوائر المتكاملة. يتم استخدام كل من CMOS و NMOS في كثير دوائر المنطق الرقمي والوظائف وذاكرة الوصول العشوائي الثابتة والمعالجات الدقيقة. تُستخدم هذه كمحولات بيانات ومستشعرات صور للدوائر التناظرية وتستخدم أيضًا في المستقبلات العابرة للعديد من أوضاع الاتصال الهاتفي. في حين أن كل من CMOS و NMOS لهما نفس وظيفة الترانزستورات لكل من الدوائر التناظرية والرقمية ، إلا أن العديد من الأشخاص لا يزالون يختارون تقنية CMOS على الأخيرة لمزاياها العديدة.

بالمقارنة مع NMOS ، فإن تقنية CMOS هي الأفضل من حيث الجودة. على وجه الخصوص ، عندما يتعلق الأمر بميزاته مثل استخدام الطاقة المنخفضة الساكنة ومقاومة الضوضاء ، فإن تقنية CMOS تحافظ على الطاقة ولا تنتج حرارة. على الرغم من كونها مكلفة ، إلا أن الكثير من الناس يفضلون تقنية CMOS نظرًا لتكوينها المعقد ، مما يجعل من الصعب على السوق السوداء تصنيع التكنولوجيا المستخدمة بواسطة CMOS.

ال تقنية CMOS وتقنية NMOS إلى جانب محولاتها ، تمت مناقشة الاختلافات باختصار في هذه المقالة. لذلك ، تعد تقنية CMOS هي الأفضل لتصميم النظام المضمن. لفهم هذه التقنية بشكل أفضل ، يرجى نشر استفساراتك كتعليقاتك أدناه.