Docstoc

cmos

Document Sample
cmos Powered By Docstoc
					       Complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) atau semikonduktor–oksida–
logam komplementer, adalah sebuah jenis utama dari rangkaian terintegrasi. Teknologi CMOS
digunakan di mikroprosesor, pengontrol mikro, RAM statis, dan sirkuit logika digital lainnya.
Teknologi CMOS juga digunakan dalam banyak sirkuit analog, seperti sensor gambar,
pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk berbagai jenis komunikasi. Frank
Wanlass berhasil mematenkan CMOS pada tahun 1967 (US Patent 3,356,858).
        CMOS juga sering disebut complementary-symmetry metal–oxide–semiconductor or
COSMOS (semikonduktor–logam–oksida komplementer-simetris). Kata komplementer-simetris
merujuk pada kenyataan bahwa biasanya desain digital berbasis CMOS menggunakan
pasangan komplementer dan simetris dari MOSFET semikonduktor tipe-p dan semikonduktor
tipe-n untuk fungsi logika.
        Dua karakter penting dari CMOS adalah kekebalan desahnya yang tinggi dan
penggunaan daya statis yang rendah. Daya hanya diambil saat transistor dalam CMOS
berpindah diantara kondisi hidup dan mati. Akibatnya, peranti CMOS tidak menimbulkan
bahang sebanyak sirkuit logika lainnya, seperti logika transistor-transistor (TTL) atau logika
NMOS, yang hanya menggunakan peranti tipe-n tanpa tipe-p. CMOS juga memungkinkan chip
logika dengan kepadatan tinggi dibuat.
         Kalimat "metal–oxide–semiconductor" atau semikonduktor–logam–oksida adalah
sebuah sebutan pada struktur fisik beberapa transistor efek medan, memiliki gerbang elektroda
logam yang terletak diatas isolator oksida logam, yang juga berada diatas bahan
semikonduktor. Aluminium digunakan pertama kali, tetapi sekarang digunakan bahan
polisilikon. Gerbang logam lain dibuat seiring kedatangan material dielektrik permitivitas tinggi
didalam proses pembuatan CMOS, seperti yang diumumkan oleh IBM dan Intel untuk node 45
nanometer dan lebih kecil
Detail teknis

        "CMOS" merujuk pada desain sirkuit digital tertentu, dan proses-proses yang digunakan
untuk mengimplementasikan sirkuit tersebut dalam rangkaian terintegrasi. Sirkuit CMOS
memboroskan lebih sedikit daya saat statis, dan memungkinkan penempatan sirkuit yang lebih
padat daripada teknologi lain yang mempunyai fungsi sama. Saat keuntungan ini menjadi lebih
diinginkan, proses CMOS dan variannya mendominasi sirkuit digital terintegrasi modern.
        Sirkuit CMOS menggunakan kombinasi MOSFET tipe-n dan tipe-p untuk
mengkonstruksi gerbang logika dan sirkuit digital yang ditemui di komputer, peralatan
komunikasi, dan peralatan pemroses sinyal. Walaupun logika CMOS dapat dibangun dari
komponen terpisah (seperti pada proyek pemula), biasanya produk CMOS adalah rangkaian
terintegrasi yang terdiri dari jutaan transistor pada sepotong silikon seluas antara 0,1 hingga 4
sentimeter persegi. Peranti tersebut biasanya disebut dengan chip, sedangkan untuk
perindustrian juga disebut dengan die (tunggal) atau dice (jamak).
       a. CMOS gerbang NAND




        Perhatikan bagaimana transistor Q 1 dan Q 3 menyerupai terhubung pelengkap
pasangan-seri dari sirkuit inverter. Keduanya dikendalikan oleh sinyal input yang sama (input
A), transistor atas mematikan dan menyalakan transistor yang lebih rendah saat input adalah
"tinggi" (1), dan sebaliknya. Perhatikan juga bagaimana transistor Q2 dan Q 4 sama-sama
dikendalikan oleh sinyal input yang sama (input B), dan bagaimana mereka juga akan
menunjukkan hal yang sama pada / perilaku off untuk tingkat logika masukan yang
sama. Transistor atas kedua pasangan (Q 1 dan Q 2) memiliki sumber dan terminal drain
disejajarkan, sedangkan transistor yang lebih rendah (Q 3dan Q 4) adalah seri-
terhubung. Apakah ini berarti bahwa output akan pergi "tinggi" (1) jika salah satu transistor
jenuh atas, dan akan pergi "rendah" (0) hanya jikakedua transistor jenuh lebih rendah. Urutan
berikut ilustrasi menunjukkan perilaku ini gerbang NAND untuk semua empat kemungkinan
tingkat logika masukan (00, 01, 10, dan 11):
        Seperti gerbang NAND TTL, CMOS gerbang NAND sirkuit dapat digunakan sebagai titik
awal bagi penciptaan sebuah gerbang AND. Semua yang perlu ditambahkan adalah tahap lain
dari transistor untuk membalikkan sinyal output:

      b. CMOS gerbang AND
        Sebuah rangkaian gerbang NOR CMOS menggunakan empat MOSFET seperti gerbang
NAND, kecuali bahwa transistor yang berbeda diatur. Daripada dua paralel sumber(atas)
transistor terhubung ke V dd dan dua-terhubung seri tenggelam (lebih rendah) transistor
terhubung ke tanah, gerbang NOR terhubung menggunakan dua sumber transistor seri dan dua
terhubung tenggelam transistor-paralel seperti ini:

       c. CMOS gerbang NOR




        Seperti gerbang NAND, transistor Q 1 dan Q 3 bekerja sebagai pasangan yang saling
melengkapi, seperti melakukan 2 transistor Q dan Q 4. Setiap pasangan dikontrol oleh sinyal
input tunggal. Jika salah satu masukan A atau B input adalah "tinggi" (1), setidaknya salah satu
dari transistor yang lebih rendah (Q Q 3 atau 4) akan jenuh, sehingga output "rendah" (0). Hanya
dalam hal kedua input adalah "rendah" (0) akan kedua transistor yang lebih rendah berada
dalam mode cutoff dan kedua transistor atas menjadi jenuh, kondisi yang diperlukan untuk
output ke pergi "tinggi" (1). Perilaku ini, tentu saja, mendefinisikan fungsi logika NOR.
Fungsi OR akan dibangun dari gerbang NOR dasar dengan penambahan tahap inverter pada
output:
       d. CMOS gerbang OR




         Sejak itu tampak bahwa gerbang apapun yang mungkin untuk membangun
menggunakan teknologi TTL dapat digandakan dalam CMOS, mengapa dua "keluarga" dari
desain logika masih hidup berdampingan? Jawabannya adalah bahwa kedua TTL dan CMOS
memiliki keunggulan tersendiri.
         Pertama dan paling utama dalam daftar perbandingan antara TTL dan CMOS adalah
masalah konsumsi daya. Dalam               mengukur kinerja,           CMOS adalah pemenang
tertandingi. Karena saling melengkapi dan P-channel MOSFET pasang-N dari sebuah
rangkaian gerbang CMOS adalah (idealnya) tidak pernah melakukan pada saat yang sama, ada
sedikit atau tidak ada arus yang ditarik oleh dari sirkuit listrik dd V kecuali apa yang saat ini perlu
sumber arus untuk beban. TTL, di sisi lain, tidak dapat berfungsi tanpa beberapa saat ditarik
setiap saat, karena persyaratan biasing dari transistor bipolar dari yang dibuat.
         Ada peringatan untuk keuntungan ini, meskipun. Sementara disipasi daya dari gerbang
TTL tetap agak konstan tanpa negara operasi (s), sebuah gerbang CMOS memboroskan daya
lebih sebagai frekuensi sinyal input (s) meningkat. Jika gerbang CMOS dioperasikan dalam
statis (tak berubah) kondisi, itu menghilang nol daya (idealnya). Namun, sirkuit CMOS gerbang
menarik saat ini sementara dalam setiap kondisi keluaran beralih dari "rendah" ke "tinggi" dan
sebaliknya. Jadi, semakin sering sebuah gerbang CMOS switch mode, semakin sering akan
menarik arus dari suplai dd V, disipasi daya yang lebih besar maka pada frekuensi yang lebih
besar.
          Sebuah gerbang CMOS juga menarik apalagi saat ini dari output gerbang mengemudi
dari gerbang TTL karena tegangan-MOSFET adalah dikendalikan, tidak mutakhir yang
dikontrol, perangkat. Ini berarti bahwa satu pintu dapat berkendara CMOS lebih banyak
masukan dari input TTL. Ukuran berapa banyak gerbang input output gerbang tunggal dapat
disebut fanout drive.
          Keuntungan lain bahwa desain CMOS gerbang menikmati lebih dari TTL adalah rentang
yang diizinkan lebih luas dari tegangan listrik. Sedangkan gerbang TTL dibatasi untuk power
supply (V cc) tegangan antara 4,75 dan 5,25 volt, gerbang CMOS biasanya mampu beroperasi
pada setiap tegangan antara 3 dan 15 volt! Alasan di balik ini perbedaan dalam tegangan catu
daya adalah persyaratan masing-masing bias MOSFET transistor dwikutub versus. MOSFET
dikendalikan secara eksklusif oleh tegangan gerbang (terhadap substrat), sedangkan yang
dikuasai BJTs adalah perangkat yang sekarang. resistensi sirkuit gerbang TTL yang tepat
dihitung untuk arus bias yang tepat dengan asumsi power supply 5 volt diatur. Setiap variasi
yang signifikan dalam tegangan catu daya akan mengakibatkan arus bias transistor tidak benar,
yang kemudian menyebabkan tidak bisa diandalkan (tidak terduga) operasi. Satu-satunya efek
yang variasi tegangan listrik yang ada pada pintu gerbang CMOS adalah definisi tegangan dari
"tinggi" (1) negara. Untuk gerbang CMOS operasi sebesar 15 volt pasokan tegangan listrik
(V dd), sinyal input harus dekat dengan 15 volt agar dapat dianggap "tinggi" (1). Ambang
tegangan untuk "rendah" (0) sinyal tetap sama: mendekati 0 volt.
          Satu memutuskan kerugian dari CMOS adalah kecepatan lambat, dibandingkan dengan
TTL. kapasitansi input dari gerbang CMOS jauh, jauh lebih besar dibanding gerbang TTL
sebanding - karena penggunaan MOSFET daripada BJTs - dan gerbang CMOS sehingga akan
lebih lambat untuk merespon sebuah transisi sinyal (dari rendah ke -tinggi atau sebaliknya) dari
TTL gerbang, semua faktor lainnya sama. RC waktu yang konstan yang dibentuk oleh resistensi
sirkuit dan kapasitansi masukan gerbang cenderung menghambat peningkatan cepat dan jatuh-
kali dari tingkat logika digital, sehingga menurunkan kinerja frekuensi tinggi.
Sebuah strategi untuk meminimalkan kerugian ini melekat pada sirkuit gerbang CMOS adalah
untuk "buffer" sinyal keluaran dengan tahapan transistor tambahan, untuk meningkatkan
keuntungan tegangan keseluruhan perangkat. Ini memberikan tegangan output lebih cepat-
transisi (tinggi ke rendah atau rendah ke tinggi) untuk tegangan masukan pelan-pelan berubah
dari satu keadaan logika yang lain. Pertimbangkan contoh ini, sebuah unbuffered "NOR gate"
versus "buffer," atau B-seri,gerbang NOR:
Pada intinya, peningkatan desain B-seri menambahkan dua inverter dengan output dari sirkuit
NOR sederhana. Ini tidak melayani tujuan sejauh logika digital yang bersangkutan, karena dua
inverter mengalir hanya membatalkan:
 Namun, menambahkan tahap ini inverter untuk sirkuit tidak melayani tujuan meningkatkan
keuntungan tegangan secara keseluruhan, sehingga output lebih sensitif terhadap perubahan di
negara bagian input, bekerja untuk mengatasi lambatnya melekat disebabkan oleh kapasitansi
masukan CMOS gerbang.

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Stats:
views:108
posted:4/11/2011
language:Indonesian
pages:9