رابطه بین HCMOS و LVCMOS چیست؟

رابطه بین HCMOS و LVCMOS چیست؟

از منظر تکامل و طبقه بندی فناوری مدارهای مجتمع، CMOS، HCMOS و LVCMOS یک رابطه موازی یا جایگزینی ساده ندارند. در عوض، آنها یک سیستم سلسله مراتبی را تشکیل می دهند که بر اساس ابعاد مختلف و همپوشانی ویژگی ها طبقه بندی می شود.

رابطه اصلی را می توان به صورت زیر تعریف کرد: LVCMOS نسل بعدی-جانشین HCMOS نیست، بلکه یک شاخه اصلی طبقه بندی شده توسط "دامنه ولتاژ" است. از نظر عملکرد، دستگاه های مدرن LVCMOS کاملاً از دستگاه های اولیه HCMOS پیشی گرفته اند. این دو به مفاهیم در ابعاد مختلف تعلق دارند و در فناوری‌های معاصر بسیار ادغام شده‌اند.

1. پایه اصلی: فناوری CMOS

فناوری CMOS به عنوان پایه ای برای تمام انواع بعدی عمل می کند. ویژگی تعیین کننده آن استفاده از P-MOS و N{2}}MOSFET های مکمل برای تشکیل اینورترها یا سایر گیت های منطقی است که از نظر تئوری مصرف توان استاتیکی را به صفر می رساند. همه دستگاه‌های HCMOS و LVCMOS که در اینجا مورد بحث قرار گرفته‌اند این ویژگی اساسی را دارند.

2. تکامل فناوری بر اساس نسل های عملکرد (بعد اولیه)

این بعد بر اساس زمان و عملکرد طبقه بندی می شود که منعکس کننده پیشرفت در فرآیندهای تولید است.

CMOS سنتی (به عنوان مثال، سری 4000)

ویژگی‌ها: فرآیندهای تولید اولیه-را با اندازه ویژگی‌های بزرگ و ظرفیت انگلی بالا اتخاذ می‌کند. محدوده ولتاژ عملیاتی گسترده ای (3 تا 15 ولت) را ارائه می دهد، اما از تاخیرهای طولانی انتشار (در حدود 100 ثانیه)، سرعت کم و قابلیت رانندگی خروجی ضعیف رنج می برد.

HCMOS (-CMOS با سرعت بالا)

ویژگی ها: با کوچک کردن ابعاد ترانزیستور به طور متناسب، ظرفیت انگلی و ظرفیت گیت دستگاه ها به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این بهبود تاخیر انتشار را به شدت کوتاه می کند (تا حدود 10 ثانیه) در حالی که مصرف برق ساکن پایین را حفظ می کند. قابلیت رانندگی خروجی آن نیز تا حد زیادی افزایش یافته است.

موقعیت یابی دانشگاهی: HCMOS یک گره فناوری تاریخی را نشان می دهد. این نقطه‌ای بود که فناوری CMOS به سرعت منطق اصلی TTL در آن زمان رسید و از آن فراتر رفت و مزایای جامع CMOS را هم در عملکرد و هم در مصرف انرژی ایجاد کرد. نماینده معمولی آن سری 74HC 5V-است. لازم به ذکر است که HCMOS مخفف High-CMOS Speed، نه High{7}}Voltage CMOS است. در کاربردهای عملی، اصطلاح CMOS ولتاژ بالا به ندرت استفاده می شود. در صورت لزوم باید به اختصار HVCMOS نامیده شود.

3. طبقه‌بندی معماری بر اساس ولتاژ منبع تغذیه (یک بعد متقاطع-)

این بعد با ولتاژ منبع تغذیه استاندارد شده و با بعد مبتنی بر عملکرد{0}}همپوشانی دارد.

5 ولت CMOS

شامل CMOS سنتی اولیه و اکثر دستگاه های HCMOS (به عنوان مثال، سری 74HC). این اولین دامنه ولتاژ استاندارد شده بود.

CMOS ولتاژ پایین{{0}

تعریف: یک اصطلاح کلی برای تمام خانواده های منطقی CMOS با ولتاژهای عملیاتی به طور قابل توجهی کمتر از استاندارد 5 ولت. توسعه آن در درجه اول توسط بهینه سازی مصرف توان دینامیکی هدایت می شود، زیرا مصرف توان دینامیکی یک مدار با مجذور ولتاژ تغذیه متناسب است.

زیرمجموعه‌ها: LVCMOS بیشتر بر اساس ولتاژ تقسیم می‌شود تا مجموعه‌ای از استانداردها را تشکیل دهد:

3.3 ولت (LVCMOS): به عنوان مثال، سری 74LVC

2.5 ولت، 1.8 ولت، 1.5 ولت، 1.2 ولت و غیره: با پیشروی گره های فرآیند، ولتاژهای عملیاتی همچنان کاهش می یابد.

وابستگی و ادغام معاصر

تبعیت تاریخی: در تاریخچه توسعه فناوری، HCMOS (به عنوان مثال، 74HC) یک زیر کلاس عملکرد از فناوری CMOS است.

همپوشانی متقاطع{0}}بعدی: HCMOS (با تاکید بر سرعت) و LVCMOS (با تاکید بر ولتاژ) مفاهیمی هستند که بر اساس معیارهای طبقه‌بندی متفاوت هستند. یک تراشه واحد می تواند به طور همزمان به هر دو دسته تعلق داشته باشد.

به عنوان مثال، سری 74HC 5 ولت HCMOS است.

سری 74LVC 3.3 ولت LVCMOS است، در حالی که عملکرد سرعت آن به طور کلی از سری 74HC بیشتر است. بنابراین، 74LVC هم LVCMOS است و هم به طور کامل ویژگی "سرعت-بالا" را دارد.

ادغام معاصر و تکامل اصطلاحات:

در فرآیندهای CMOS زیر میکرون و عمیق-زیر میکرون، ولتاژ پایین به پیش نیازی برای دستیابی به سرعت بالا و مصرف انرژی کم تبدیل شده است. بنابراین، تمام مدارهای مجتمع CMOS که به تازگی طراحی شده اند، ذاتاً «ولتاژ-پایین هستند».

"سرعت-بالا" دیگر یک برچسب انحصاری برای سری محصولات خاص نیست، بلکه یک ویژگی جهانی فناوری مدرن CMOS است. در شیوه های آکادمیک و مهندسی، اصطلاح "HCMOS" اغلب برای اشاره به همه مدارهای CMOS با کارایی بالا بر اساس فرآیندهای مدرن استفاده می شود و اکثریت قریب به اتفاق این مدارها در دسته LVCMOS قرار می گیرند.

در زمینه معاصر:

CMOS: به عنوان یک اصطلاح کلی برای این فناوری، در سیگنال‌های خروجی نوسانگر کریستالی، به طور خاص به خروجی سیگنال موج مربعی منفرد- اشاره دارد.

HCMOS: در مفهوم گسترده‌اش، ویژگی‌های{0} عملکرد بالای مدارهای CMOS مدرن را توصیف می‌کند.

LVCMOS: استاندارد الکتریکی ولتاژ کم کار را به وضوح تعریف می کند.

بنابراین، هنگام توصیف یک "سیگنال CMOS 3.3 ولتی-بالا"، بیان دقیق‌تر آکادمیک این است: این سیگنال با استاندارد الکتریکی LVCMOS (مثلا LVC) مطابقت دارد و ویژگی‌های سرعت بالای فرآیندهای CMOS مدرن را نشان می‌دهد. به عنوان یک فناوری برجسته، میراث اصلی HCMOS-بهبود عملکرد از طریق مقیاس‌بندی فرآیند-به ارث رسیده و همه فناوری‌های مدرن LVCMOS از آن پیشی گرفته‌اند. این دو مفهوم در تئوری به ابعاد مختلفی تعلق دارند و در کاربردهای عملی کاملاً ادغام شده اند.