Complementary Metal Oxide Semiconductor

Die Abkürzung CMOS steht für Complementary Metal Oxide Semiconductor (dt. komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter). CMOS-Bausteine sind integrierte Schaltkreise, bei denen gleichzeitig p-Kanal als auch n-Kanal MOSFETs verwendet werden. Diese Technik findet in integrierten Schaltkreisen ihre Anwendung.

Inhaltsverzeichnis

Technik

framed|Inverter in CMOS-Technik Das Grundprinzip der CMOS-Technik in der Digitaltechnik ist die Kombination von p-Kanal und n-Kanal Feldeffekttransistoren. Dabei wird die gewünschte Logikoperation zum einen in p-Kanal-Technik und zum anderen in n-Kanal-Technik entwickelt und in einem Schaltkreis zusammengeführt. Durch die gleiche Steuerspannung jeweils zweier komplementärer Transistoren (einmal n-Kanal, einmal p-Kanal) sperrt immer genau einer und der andere ist leitend. Es muss dafür zwar immer die doppelte Anzahl Transistoren auf einen Chip aufgebracht werden, dies lässt sich aber leichter in ICs integrieren als Widerstände - auf Widerstände kann in der CMOS-Technik im Gegensatz zur NMOS-Technik verzichtet werden. Der entscheidende Vorteil ist aber, dass Querstrom (von der Versorgungsspannung zur Masse) nur im Umschaltmoment fließt. Die Stromaufnahme bzw. die Verlustleistung ist also nur von der Umschalthäufigkeit (Taktfrequenz) abhängig. Aus diesem Grund werden die meisten digitalen ICs (Prozessoren, Speicher) zurzeit in dieser Technik hergestellt.

Bei analogen Anwendungen werden die hohe Integrierbarkeit und die kapazitive Steuerung genutzt, die die MOSFETs ermöglichen. Durch das Einsparen der Widerstände und die Benutzung von Aktiven Lasten (Stromspiegel als Quellen oder Senken) können Rauschabhängigkeiten und andere unerwünschte Effekte auf ein Minimum reduziert werden. Durch die gute Frequenzbreite der Bauteile bei hohen Integrationen können sehr breitbandige Schaltkreise erstellt werden.

Eigenschaften

Die Verlustleistung im Ruhezustand beträgt im Allgemeinen ca. 10 nW, die Verlustleistung beim Schalten liegt frequenzabhängig je nach Bautyp bei Standardbaureihen bei ca. 1 mW/MHz (integrierte Gatter: ca. 10 µW/MHz).

CMOS-Eingänge sind relativ empfindlich gegenüber statischen Aufladungen und Überspannungen, weshalb vor CMOS-Eingänge im Allgemeinen Schutzschaltungen gesetzt werden.

Spezielle Arten

framed|Inverter in BiCMOS-Technik

HCT-CMOS

Unter HCT-CMOS-Technik versteht man die Anpassung der CMOS-Transistorstruktur an die Spannungspegel der TTL-Schaltungstechnik bei voller Pin-Kompatibilität zu diesen. Ein Austausch von TTL-Schaltkreisen mit HCT-CMOS-Schaltkreisen ist somit möglich.

BiCMOS

Unter der BiCMOS-Technik versteht man eine Schaltungstechnik, bei der Feldeffekttransistoren mit Bipolartransistoren kombiniert werden. Dabei wird sowohl der Eingang als auch die logische Verknüpfung in CMOS-Technik realisiert - mit den entsprechenden Vorteilen. Für die Ausgangsstufe werden aber Bipolartransistoren eingesetzt. Dies bringt eine hohe Stromtreiberfähigkeit mit sich und eine geringe Abhängigkeit von der kapazitiven Last. Dafür werden aber im Allgemeinen 2 weitere Transistoren und 2 Widerstände in der Schaltung benötigt. Das Eingangsverhalten entspricht einem CMOS-Schaltkreis, das Ausgabeverhalten einem TTL-Schaltkreis.

Sonstiges

Siehe auch



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