CMOS在電路中具有重要作用，大家對于CMOS通常較為耳熟。但是，大家對于CMOS卻未必十分了解。為增進大家對CMOS的認識，本文將對CMOS相關知識予以詳細介紹。如果你對本文內(nèi)容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)，互補金屬氧化物半導體，電壓控制的一種放大器件。是組成CMOS數(shù)字集成電路的基本單元。
一、發(fā)展歷史
1963年，仙童半導體(Fairchild Semiconductor)的Frank Wanlass發(fā)明了CMOS電路。到了1968年，美國無線電公司(RCA)一個由亞伯·梅德溫(Albert Medwin)領導的研究團隊成功研發(fā)出第一個CMOS集成電路(Integrated Circuit)。早期的CMOS元件雖然功率消耗比常見的晶體管-晶體管邏輯電路(Transistor-to-Transistor Logic, TTL)要來得低，但是因為操作速度較慢的緣故，所以大多數(shù)應用CMOS的場合都和降低功耗、延長電池使用時間有關，例如電子表。不過經(jīng)過長期的研究與改良，今日的CMOS元件無論在使用的面積、操作的速度、耗損的功率，以及制造的成本上都比另外一種主流的半導體制程BJT(Bipolar Junction Transistor，雙載子晶體管)要有優(yōu)勢，很多在BJT無法實現(xiàn)或是實作成本太高的設計，利用CMOS皆可順利的完成。
早期分離式CMOS邏輯元件只有“4000系列”一種(RCA 'COS/MOS'制程)，到了后來的“7400系列”時，很多邏輯芯片已經(jīng)可以利用CMOS、NMOS，甚至是BiCMOS(雙載子互補式金氧半)制程實現(xiàn)。
早期的CMOS元件和主要的競爭對手BJT相比，很容易受到靜電放電(ElectroStatic Discharge, ESD)的破壞。而新一代的CMOS芯片多半在輸出入接腳(I/O pin)和電源及接地端具備ESD保護電路，以避免內(nèi)部電路元件的閘極或是元件中的PN接面(PN-Junction)被ESD引起的大量電流燒毀。不過大多數(shù)芯片制造商仍然會特別警告使用者盡量使用防靜電的措施來避免超過ESD保護電路能處理的能量破壞半導體元件，例如安裝內(nèi)存模組到個人電腦上時，通常會建議使用者配戴防靜電手環(huán)之類的設備。
此外，早期的CMOS邏輯元件(如4000系列)的操作范圍可由3伏特至18伏特的直流電壓，所以CMOS元件的閘極使用鋁做為材料。而多年來大多數(shù)使用CMOS制造的邏輯芯片也多半在TTL標準規(guī)格的5伏特底下操作，直到1990年后，有越來越多低功耗的需求與訊號規(guī)格出現(xiàn)，取代了雖然有著較簡單的訊號接口、但是功耗與速度跟不上時代需求的TTL。此外，隨著MOSFET元件的尺寸越做越小，閘極氧化層的厚度越來越薄，所能承受的閘極電壓也越來越低，有些最新的CMOS制程甚至已經(jīng)出現(xiàn)低于1伏特的操作電壓。這些改變不但讓CMOS芯片更進一步降低功率消耗，也讓元件的性能越來越好。
近代的CMOS閘極多半使用多晶硅制作。和金屬閘極比起來，多晶硅的優(yōu)點在于對溫度的忍受范圍較大，使得制造過程中，離子布值(ion implantation)后的退火(anneal)制程能更加成功。此外，更可以讓在定義閘極區(qū)域時使用自我校準(self-align)的方式，這能讓閘極的面積縮小，進一步降低雜散電容(stray capacitance)。2004年后，又有一些新的研究開始使用金屬閘極，不過大部分的制程還是以多晶硅閘極為主。關于閘極結(jié)構的改良，還有很多研究集中在使用不同的閘極氧化層材料來取代二氧化硅，例如使用高介電系數(shù)介電材料(high-K dielectric)，目的在于降低閘極漏電流(leakage current)。
二、CMOS應用
(一)計算機領域
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，本意是指互補金屬氧化物半導體——一種大規(guī)模應用于集成電路芯片制造的原料)是微機主板上的一塊可讀寫的ROM芯片，用來保存當前系統(tǒng)的硬件配置和用戶對某些參數(shù)的設定。CMOS可由主板的電池供電，即使系統(tǒng)掉電，信息也不會丟失。CMOS ROM本身只是一塊存儲器，只有數(shù)據(jù)保存功能，而對CMOS中各項參數(shù)的設定要通過專門的程序。
早期的CMOS設置程序駐留在軟盤上的(如IBM的PC/AT機型)，使用很不方便?，F(xiàn)在多數(shù)廠家將CMOS設置程序做到了 BIOS芯片中，在開機時通過按下某個特定鍵就可進入CMOS設置程序而非常方便地對系統(tǒng)進行設置，因此這種CMOS設置又通常被叫做BIOS設置。
CMOS由PMOS管和NMOS管共同構成，它的特點是低功耗。由于CMOS中一對MOS組成的門電路在瞬間要么PMOS導通、要么NMOS導通、要么都截至，比線性的三極管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低，因此，計算機里一個紐扣電池就可以給它長時間地提供電力。
在計算機領域，CMOS常指保存計算機基本啟動信息(如日期、時間、啟動設置等)的芯片。有時人們會把CMOS和BIOS混稱，其實CMOS是CPU中的一塊只讀的ROM芯片，是用來保存BIOS的硬件配置和用戶對某些參數(shù)的設定。CMOS可由主板的電池供電，即使系統(tǒng)掉電，信息也不會丟失。
早期的CMOS是一塊單獨的芯片MC146818A(DIP封裝)，共有64個字節(jié)存放系統(tǒng)信息。386以后的微機一般將 MC146818A芯片集成到其它的IC芯片中(如82C206，PQFP封裝)，586以后主板上更是將CMOS與系統(tǒng)實時時鐘和后備電池集成到一塊叫做DALLDA DS1287的芯片中。隨著微機的發(fā)展、可設置參數(shù)的增多，現(xiàn)在的CMOS RAM一般都有128字節(jié)及至256字節(jié)的容量。為保持兼容性，各BIOS廠商都將自己的BIOS中關于CMOS ROM的前64字節(jié)內(nèi)容的設置統(tǒng)一與MC146818A的CMOS ROM格式一致，而在擴展出來的部分加入自己的特殊設置，所以不同廠家的BIOS芯片一般不能互換，即使是能互換的，互換后也要對CMOS信息重新設置以確保系統(tǒng)正常運行。
CMOS的設置內(nèi)容
大致都包含如下可設置的內(nèi)容：
1.Standard CMOS Setup：標準參數(shù)設置，包括日期，時間和軟、硬盤參數(shù)等。
2.BIOS Features Setup：設置一些系統(tǒng)選項。
3.Chipset Features Setup：主板芯片參數(shù)設置。
4.Power Management Setup：電源管理設置。
5.PnP/PCI Configuration Setup：即插即用及PCI插件參數(shù)設置。
6.Integrated Peripherals：整合外設的設置。
7.其他：硬盤自動檢測，系統(tǒng)口令，加載缺省設置，退出等
微電子學中的CMOS概念：
CMOS，全稱Complementary Metal Oxide Semiconductor，即互補金屬氧化物半導體，是一種大規(guī)模應用于集成電路芯片制造的原料。采用CMOS技術可以將成對的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)集成在一塊硅片上。該技術通常用于生產(chǎn)RAM和交換應用系統(tǒng)，在計算機領域里通常指保存計算機基本啟動信息(如日期、時間、啟動設置等)的ROM芯片。
CMOS由PMOS管和NMOS管共同構成，它的特點是低功耗。由于CMOS中一對MOS組成的門電路在瞬間要么PMOS導通、要么NMOS導通、要么都截至，比線性的三極管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低。
(二)數(shù)碼相機領域
CMOS制造工藝也被應用于制作數(shù)碼影像器材的感光元件(常見的有TTL和CMOS)，尤其是片幅規(guī)格較大的單反數(shù)碼相機。雖然在用途上與過去CMOS電路主要作為固件或計算工具的用途非常不同，但基本上它仍然是采取CMOS的工藝，只是將純粹邏輯運算的功能轉(zhuǎn)變成接收外界光線后轉(zhuǎn)化為電能，再透過芯片上的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將獲得的影像訊號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號輸出。
相對于其他邏輯系列,CMOS邏輯電路具有一下優(yōu)點:
1、允許的電源電壓范圍寬,方便電源電路的設計
2、邏輯擺幅大,使電路抗干擾能力強
3、靜態(tài)功耗低
4、隔離柵結(jié)構使CMOS期間的輸入電阻極大,從而使CMOS期間驅(qū)動同類邏輯門的能力比其他系列強得多
(三)媒介研究方法
美國IAB 互動廣告署 (Internet Advertising Bureau) 于2003年起聯(lián)合知名品牌廣告主、媒體、媒介代理等參與方，共同推動 XMOS 跨媒體優(yōu)化研究(Cross Media Optimization Study)，吸引多芬、麥當勞、福特、ING等眾多品牌參與，以及Google, Yahoo, AOL、MSN、cnet等媒體。
IAB 在英國、歐洲、澳大利亞等互聯(lián)網(wǎng)廣告較為成熟的國家同步推進，對于提高廣告投放ROI形成了非常有效的指導和幫助
調(diào)研公司 Dynamic Logic等也在美國市場推動跨媒體研究，包含電視、互聯(lián)網(wǎng)、平媒、戶外等媒介評估 ，幫助廣告主優(yōu)化媒介、營銷方法。
三、CMOS集成電路介紹
自1958年美國德克薩斯儀器公司(TI)發(fā)明集成電路(IC)后，隨著硅平面技術的發(fā)展，二十世紀六十年代先后發(fā)明了雙極型和MOS型兩種重要的集成電路，它標志著由電子管和晶體管制造電子整機的時代發(fā)生了量和質(zhì)的飛躍。
CMOS是:金屬-氧化物-半導體(Metal-Oxide-Semiconductor)結(jié)構的晶體管簡稱MOS晶體管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由 MOS管構成的集成電路稱為MOS集成電路，而由PMOS管和NMOS管共同構成的互補型MOS集成電路即為 CMOS-IC( Complementary MOS Integrated Circuit)。
目前數(shù)字集成電路按導電類型可分為雙極型集成電路(主要為TTL)和單極型集成電路(CMOS、NMOS、PMOS等)。CMOS電路的單門靜態(tài)功耗在毫微瓦(nw)數(shù)量級。
CMOS發(fā)展比TTL晚，但是以其較高的優(yōu)越性在很多場合逐漸取代了TTL。
以下比較兩者性能，大家就知道其原因了。
1.CMOS是場效應管構成，TTL為雙極晶體管構成
2.CMOS的邏輯電平范圍比較大(5～15V)，TTL只能在5V下工作
3.CMOS的高低電平之間相差比較大、抗干擾性強，TTL則相差小，抗干擾能力差
4.CMOS功耗很小，TTL功耗較大(1～5mA/門)
5.CMOS的工作頻率較TTL略低，但是高速CMOS速度與TTL差不多相當。
集成電路中詳細信息：
1.TTL電平：
輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。
2.CMOS電平：
1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。
3.電平轉(zhuǎn)換電路：
因為TTL和CMOS的高低電平的值不一樣(ttl 5v<==>cmos 3.3v)，所以互相連接時需要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個電阻對電平分壓，沒有什么高深的東西。哈哈
4.驅(qū)動門電路
OC門，即集電極開路門電路，OD門，即漏極開路門電路，必須外接上拉電阻和電源才能將開關電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關大電壓和大電流負載，所以又叫做驅(qū)動門電路。
5.TTL和CMOS電路比較：
1)TTL電路是電流控制器件，而CMOS電路是電壓控制器件。
2)TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns)，但是功耗大。
CMOS電路的速度慢，傳輸延遲時間長(25-50ns),但功耗低。
CMOS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。
3)CMOS電路的鎖定效應：
CMOS電路由于輸入太大的電流，內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應就是鎖定效應。當產(chǎn)生鎖定效應時，CMOS的內(nèi)部電流能達到40mA以上，很容易燒毀芯片。
防御措施：
1)在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過不超過規(guī)定電壓。
2)芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓。
3)在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進去。
4)當系統(tǒng)由幾個電源分別供電時，開關要按下列順序：開啟時，先開啟CMOS電路得電源，再開啟輸入信號和負載的電源;關閉時，先關閉輸入信號和負載的電源，再關閉CMOS電路的電源。
6.CMOS電路的使用注意事項
1)CMOS電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號的捕捉能力很強。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個恒定的電平。
2)輸入端接低內(nèi)組的信號源時，要在輸入端和信號源之間要串聯(lián)限流電阻，使輸入的
電流限制在1mA之內(nèi)。
3)當接長信號傳輸線時，在CMOS電路端接匹配電阻。
4)當輸入端接大電容時，應該在輸入端和電容間接保護電阻。電阻值為R=V0/1mA.V0是外界電容上的電壓。
5)CMOS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞CMOS。
7.TTL門電路中輸入端負載特性(輸入端帶電阻特殊情況的處理)：
1)懸空時相當于輸入端接高電平。因為這時可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻。
2)在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現(xiàn)的是高電平而不是低電平。因為由TTL門電路的輸入端負載特性可知，只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時，它輸入來的低電平信號才能被門電路識別出來，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電平。這個一定要注意。CMOS門電路就不用考慮這些了。
8.TTL和CMOS電路的輸出處理
TTL電路有集電極開路OC門，MOS管也有和集電極對應的漏極開路的OD門，它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時有漏電流輸出，那就是漏電流，為什么有漏電流呢?那是因為當三機管截止的時候，它的基極電流約等于0，但是并不是真正的為0，經(jīng)過三極管的集電極的電流也就不是真正的0，而是約0。而這個就是漏電流。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出;OD門的輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流，但是不能向外輸出的電流。所以，為了能輸入和輸出電流，它使用的時候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅(qū)動器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負載電流的需要。
9.什么叫做圖騰柱，它與開漏電路有什么區(qū)別?
TTL集成電路中，輸出有接上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出，沒有的叫做OC門。因為TTL就是一個三級關，圖騰柱也就是兩個三級管推挽相連。所以推挽就是圖騰。一般圖騰式輸出，高電平400UA，低電平8MA.
打開電腦的主機箱,可以在主板右側(cè)看到一塊"圓"形成扁體的電池,這塊電池也稱CMOS電池,保存主板信息的BIOS設置,我在網(wǎng)吧工作,經(jīng)常碰到主機啟動不了的情況,一般比較容易見效的方法是:將主機電源拔出來,意思是把電源線從電源盒拿下來,這樣是完全斷電狀態(tài),取下主板電腦可以看到兩個金屬片,成上下,也就是正\負極電路,將其對接讓它短路,按著幾秒鐘,放電基本成功.
還有一種叫小COMS放電:同樣將電源線從電源盒上拔下來,在這樣的狀態(tài)下按"開機"按鈕,重試幾下,系統(tǒng)也將小放電,一般也可以解決電腦無法開機的問題。
以上便是此次小編帶來的“CMOS”相關內(nèi)容，通過本文，希望大家對CMOS的相關內(nèi)容具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!
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