¿Qué tiene de bueno el CMOS?

CMOS (semiconductor complementario de óxido de metal) tiene varias características deseables:

1. Alta impedancia de entrada. La señal de entrada está conduciendo electrodos con una capa de aislamiento (el óxido metálico) entre ellos y lo que están controlando. Esto les da una pequeña cantidad de capacitancia, pero una resistencia virtualmente infinita. La corriente dentro o fuera 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 compuerta básica es un inversor, que es sólo dos transistores. Esto junto con el bajo consumo de energía significa que se presta bien para una integración densa. O a la inversa, obtiene mucha lógica para el tamaño, el costo y la potencia.

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

Otras familias son TTL (lógica transistor-transistor, NPN / PNP aún utilizada), ECL (lógica acoplada de emisor - rápida pero consume mucha energía - todavía se usa en formas variables) DTL (lógica de transistor de diodo - antigua) y RTL (resistencia del transistor de resistencia (más antiguo)

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

Oli y Olin han explicado los puntos fuertes de CMOS, pero déjame dar un paso atrás.

TL: DR: la lógica complementaria permite un cambio 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 tira de la salida hacia arriba (a '1') y otro dispositivo para bajarlo (a '0').

La mejora nMOS, que es el MOSFET de mejor rendimiento, necesita un \ $ V_ {GS} > V_T > 0.7V \ $ para poder encender y permitir que fluya una corriente; por esta razón, funciona bien como un dispositivo desplegable, pero no tan bien como un dispositivo pull-up (se apaga antes de permitir que la tensión de salida a VDD). De ahí la idea de usar el pMOS, que funciona un poco peor (porque los agujeros se mueven más lentamente que los electrones, pero esta es otra historia) pero actúa perfectamente como un pull-up.

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

Pero, ¿por qué es bueno MOS?

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

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

LostransistoresBJTdehoytambiénsefabricancontecnologíasimilaraMOS,loquesignifica"grabado" en una superficie, pero básicamente consisten en tres capas de semiconductores dopados de manera diferente, por lo que están diseñados principalmente para tecnología discreta. De hecho, la forma en que se construyen ahora está creando estas tres capas a diferentes profundidades en el silicio, y (solo para dar una idea), en la tecnología más reciente ocupan un área en el orden de los micrómetros cuadrados aproximadamente, mientras que los transistores MOS pueden ser tecnología integrada de < 20 nm (actualice este valor con regularidad), con un área general que puede ser en el orden de aproximadamente menos de 100 nm². (imagen a la derecha)

Para que pueda ver que, sumado a las otras propiedades, un transistor MOSFET se adapta mucho mejor (en la tecnología actual) para lograr una integración a gran escala, o VLSI.

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

CMOS vs MOS

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

Otras topologías, como la lógica del transistor de paso, pueden simplificar la estructura de ciertas puertas y, en ocasiones, alcanzar una velocidad mayor.

Acerca de las interfaces

Al cambiar de tema, cuando se habla de microcontroladores e interfaces, es importante recordar que la alta impedancia de entrada de las puertas CMOS es muy importante para garantizar que los pines de Entrada / Salida nunca se queden flotando (si tienen protección, esto se garantiza internamente) , ya que su puerta puede estar expuesta a ruido externo y asumir valores impredecibles (con posible bloqueo y daños). Por lo tanto, indicar que un dispositivo tiene características CMOS también debería informarle de esto.

Si conoce las alternativas que existían antes de que existiera CMOS o antes de que CMOS fuera lo suficientemente rápido para competir, entendería 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 microprocesadores era ni siquiera prácticamente práctico.

Los microprocesadores CMOS de hoy tienen una densidad de potencia (disipación de potencia por área de chip) que es similar a la de una placa de cocina. 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 publicitará su parte es compatible con CMOS, o tiene salidas CMOS reales, es que puede usar su chip con todos los demás CMOS y chips compatibles con CMOS.

Por ejemplo, si tiene un microcontrolador o FPGA con pines de E / S CMOS, entonces puede usarlo con chips lógicos de cola CMOS, o una EEPROM CMOS o un ADC CMOS. Tener todas estas partes utilizando 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 potencia que otras tecnologías. Los diseños de CMOS tienen un consumo de energía estática casi cero. Solo durante las transiciones, el CMOS utiliza una cantidad de potencia no despreciable, pero incluso así sigue siendo 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 en frecuencias de reloj más altas, ya que las frecuencias más altas significan transiciones más frecuentes).

Todo lo que significa menos calor residual y circuitos integrados más densos (es decir, huellas de 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 ganancia.

Básicamente somos familias de lógica clasificada en DOS tipos 1) familias de lógica unipolar                      2) familias de lógica bipol Los circuitos integrados de esta familia se construyen utilizando un dispositivo unipolar como MOSFET. Por lo tanto, también se denomina Tiene una familia lógica. ex 1) PMOS      2) NMOS      3) CMOS