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MOS、CMOS集成電路區(qū)別及特性-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2022-05-11 

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MOS、CMOS集成電路區(qū)別及特性-KIA MOS管


MOS集成電路是以金屬-氧化物-半導體(MOS)場效應晶體管為主要元件構成的集成電路 。簡稱MOSIC 。1964年研究出絕緣柵場效應晶體管。直到1968年解決了MOS器件的穩(wěn)定。


MOS集成電路是一種常用的集成電路。最小單元是反相器,由兩只金屬一氧化物-半導體場效應晶體管組成。這種集成工藝主要用于數字集成電路的制造,電路集成度可以很高。


MOS集成電路特點:

制造工藝比較簡單、成品率較高、功耗低、組成的邏輯電路比較簡單,集成度高、抗干擾能力強,特別適合于大規(guī)模集成電路。


MOS集成電路包括:

NMOS管組成的NMOS電路、PMOS管組成的PMOS電路及由NMOS和PMOS兩種管子組成的互補MOS電路,即CMOS電路。


PMOS門電路與NMOS電路的原理完全相同,只是電源極性相反而已。


數字電路中MOS集成電路所使用的MOS管均為增強型管子,負載常用MOS管作為有源負載,這樣不僅節(jié)省了硅片面積,而且簡化了工藝利于大規(guī)模集成。常用的符號如圖1所示。


MOS CMOS 集成電路


NMOS集成電路是N溝道MOS電路,NMOS集成電路的輸入阻抗很高,基本上不需要吸收電流,因此,CMOS與NMOS集成電路連接時不必考慮電流的負載問題。NMOS集成電路大多采用單組正電源供電,并且以5V為多。


CMOS集成電路只要選用與NMOS集成電路相同的電源,就可與NMOS集成電路直接連接。不過,從NMOS到CMOS直接連接時,由于NMOS輸出的高電平低于CMOS集成電路的輸入高電平,因而需要使用一個(電位)上拉電阻R,R的取值一般選用2~100KΩ。


MOS CMOS 集成電路


P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低,因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對值相等的情況下,PMOS晶體管的跨導小于N溝道MOS晶體管。


此外,P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對值一般偏高,要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性,與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。


PMOS因邏輯擺幅大,充電放電過程長,加之器件跨導小,所以工作速度更低,在NMOS電路(見N溝道金屬—氧化物—半導體集成電路)出現之后,多數已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡單,價格便宜,有些中規(guī)模和小規(guī)模數字控制電路仍采用PMOS電路技術。


PMOS集成電路是一種適合在低速、低頻領域內應用的器件。PMOS集成電路采用-24V電壓供電。采用直接接口方式,一般CMOS的電源電壓選擇在10~12V就能滿足PMOS對輸入電平的要求。


CMOS集成電路--由絕緣場效應晶體管組成,由于只有一種載流子,因而是一種單極型晶體管集成電路,其基本結構是一個N溝道MOS管和一個P溝道MOS管,以推挽形式工作,能實現一定邏輯功能的集成電路,簡稱CMOS。如圖所示。

MOS CMOS 集成電路


工作原理:

由于兩管柵極工作電壓極性相反,故將兩管柵極相連作為輸入端,兩個漏極相連作為輸出端,如圖1(a)所示,則兩管正好互為負載,處于互補工作狀態(tài)。


當輸入低電平(Vi=Vss)時,PMOS管導通,NMOS管截止,輸出高電平,如圖1(b)所示。


當輸入高電平(Vi=VDD)時,PMOS管截止,NMOS管導通,輸出為低電平,如圖1(c)所示。


兩管如單刀雙擲開關一樣交替工作,構成反相器。


特點:

①靜態(tài)功耗低,每門功耗為納瓦級;

②邏輯擺幅大,近似等于電源電壓;

③抗干擾能力強,直流噪聲容限達邏輯擺幅的35%左右;

④可在較廣泛的電源電壓范圍內工作,便于與其他電路接口;

⑤速度快,門延遲時間達納秒級;

⑥在模擬電路中應用,其性能比NMOS電路好;

⑦與NMOS電路相比,集成度稍低;

⑧有“自鎖效應”,影響電路正常工作。



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