Table of Contents
הקדמה: Shift לכיוון CMOS בעיצוב Analog
המגבר המבצעי נשאר אבן הפינה של עיצוב מעגלים אנלוגי, המופיע בכל נתיבי אות אודיו למכשירים רפואיים מדויקים וממירי נתונים מהירים גבוהים.במשך עשרות שנים, הבחירה בין transistor צומת דו קוטבי (BJT) לבין מעבורת מתכת משלימה - תחמוצת מתכת - מוליכים (CMOS) עדיין ביצועים גמישים, תוך כדי שיפור ביצועים משופרים, CMOS, יש צורך מרכזי בביקוש משולב גבוה של מערכות עיצוב CMOS, אך ורקמות, אך ורקמות מתקדמות יותר, אך ורקמותקטיבית, יש צורך בביקושים מתקדמים, CMOS, אך ורקמותק יותר, הוא החלטה המכוון ל-CMOS, הוא החלטה המכוון לאפקטים עבור תכונות עיצוב CMOS, אשר מציבה, אשר מציבה, עם זאת, עם זאת, CMOS, עם זאת, תכונות מתקדמות יותר, CMOS, עם תכונות מתקדמות יותר, ואפקטים מתקדמים, ואפקטים, ואפקטיביות, עם תכונות מתקדמות יותר, עם זאת, CMOS, CMOS, CMOS, CMOS, CMOS, הוא החלטה מוגדרת מראש, אשר מציבה, אשר מציבה את המוניטין שלהם, CMOS, אך ורקמותרפיסטפול
שילובים אדריכליים: BJT vs. MOSFET Input Stages
הביצועים של כל מגבר תפעולי של מתח חוזר מתחיל עם שלב קלט שלה, הקובע פרמטרים מרכזיים כגון זרם הטיה קלט, רעש מתח מתח, מתח מכווץ, וטווח משותף-המולה הבסיסית - בתוך קוטבי או CMOS - מסמן את המאפיינים החשמליים של המכשיר כולו.
דמויות בפול קוטביות
שלבים קלט דו קוטביים מסתמכים על NPN או PNP טרנזיסטורים מוטים לתוך האזור הפעיל.המכשירים הנוכחיים האלה דורשים בסיס קטן הנוכחי כדי להסדיר את זרם האספן.בסיס זה מופיע כזרם וטה קלט סופי, בדרך כלל החל ננואמפים למיקרו-אמפיביים עבור רמות דיוק, זורם לתוך או מחוץ למסוף הקלט הנוכחי.
CMOS Input Stage Characteristics
שלבים קלט CMOS להשתמש בזוגות משלימים של p-channel ו- n-channel MOSFET. מכשירים אלה נשלטים מתח תכונה שכבת תחמוצת שער המספקת התנגדות גבוהה במיוחד ל- DC קלט - ללא יעילות לניתוח מעגלי מעשי.Input Current מוגבל לדליפה על פני אותו חמצני ובעזרת פערים אלקטרוסטטיים (ESD) הגנה, לעתים קרובות נמדדת ב-ptomps בחדר זה ליד אפס תצוגה נוכחית של זרם CMF נתון באופן משמעותי של קומפקטי יותר של CMOS.
ניהול חשמל ו-Thermal Management
יעילות כוח קובעת לעתים קרובות את האפשרות של מערכות אלקטרוניות ניידות, מרוחקות, ולבושות.מגבר תפעולי CMOS מספק יתרון ברור בניהול התנהגות כוח נוכחית ודינמית.
קווי ריכוז נוכחי ועוצמה סטטית
ב transistor דו קוטבי, זרם הטיה של אספנים קשור ישירות לטראנסציה. להשיג רוחב פס מסוים וקצב סלסול, קלט והשגת השלבים הבאים חייב להיות מוטה ברמות הנוכחיות כי בקנה מידה עם דרישות עומס ותדירות. זה זרמים נוכחיים quiescent תמיד לצרוך סוללות חום ניקוז סטנדרטי אפילו תחת תנאים של מ"מפוס"ד היטב עם דרישות מופחתות במידה ניכרת, כי לא יכול להיות מכווץ רק microcap יעיל של כמה CMVer הנוכחי.
כוח דינמי ופעולות משנה
מעגלים CMOS לוגיים לצרוך כוח בעיקר במהלך מעברים, ועיקרון דומה חל על מעגלים אנלוגיים CMOS הפועלים ב-capacitor או מצבי הפסקתיים.שלבים ב-CMOS-amps הם בדרך כלל מעגלי המעמדיים של דוחים-AB המספקים זרמי ניהול אלחוטיים רבים, צמצום עיוותי הצלב ללא ה- ⁇ מעל פני שלב דו קוטבי זה מאפשר מעקב ישיר של תהליכי סוללה, ללא יכולת יעילה יותר, ללא יכולת משולבת יותר, כלומר, ללא יכולת משולבת של תאים גמישה יותר, ללא יכולת משולבת של תאים אופטית של תאים אופטית של תאים רבים, כלומר, כלומר, כלומר, ללא יכולת יעילה יותר, היא יותר, ללא סוללתית יותר, כלומר, כלומר, ללא יכולת משולבת יותר, היא מאפשרת, כלומר, כלומר, יותר, יותר, ללא יכולת מעצימה של תאים גמישה יותר, ללא יכולת משולבת של תאים גמישה יותר, ללא יכולת משולבת של תאים גמישה יותר, היא מאפשרת, ללא יכולת משולבת של תאים גמישה יותר, ללא סוללתית של תאים גמישה יותר, כלומר, יותר, כלומר, ללא יכולת ניטור אלחוטית של תאים גמישה יותר, באמצעות סוללתית של תאים גמישה של תאים גמישה של תאים גמישה יותר, כלומר, כולל של תאים
אותות אינטגרליות ו High-Impedance
אי-ציות אינקט משפיע ישירות על האופן שבו דגימת-הדג' אינטראקציה עם המקור שהיא מדידת או מבולטת. CMOS אגדות להגדיר תקן גבוה עבור התנגדות קלט, שמירה על נאמנות אותות בשרשרת מדידה רגישה.
שגיאות טעינה ב-חיישנים
(החלויים) , כגון סוללת pH, אגואלקטרי accelerometers, photodiodes, ו- capacitive MEMS יכול להיות בעל השפעה על מאות ק"מ ל-Ganga-ohms, אם מדגימה של זרם הקלט של ה-GPSDS היא גבוהה מדי, היא מייצרת מתח מבה השווה ל-IFal: LTASFreas:
המונחים: Multi-Stage designs
גם כאשר מקורות אינם מגיעים לטווח הג'יגה-אום, תנופה גבוהה פירושה המגבר שואבת מכשירים זניחים מהשלב הקודם.זה קריטי במסננים פעילים רב-שלביים ומניגור אנלוגי-ל-ל-דיגיטלי (ADC) נהגים, שבו שמירה על רמת האות והדמיות הלינארית היא חיונית. CMOS אופטיקה יכול להיות מוגדר כ-Buffer אחד-ga-inuff ללא חשש לטמפרטורה נמוכה יותר.
מערכת אינטגרציה ו-Signal Advantage
עליית טכנולוגיית CMOS קשורה קשר הדוק ליכולת של תעשיית המוליכים למחצה לשלב פונקציות מגוונות על שבב יחיד. Op-amps שנבנה ב CMOS להתאים באופן טבעי לתוך מערכת אקולוגית משולבת זו.
שילוב מונוליטי ושטח דיפרנסינסיות
מיקרובקרים, מעבדי אותות דיגיטליים, ומערך השערים הניתנים להשגה מיוצרים על CMOS מדויק מתקדם, תוך קידוד מגבר תפעולי לצד הליבה הדיגיטלית מבטלת חיבורים בין שבבים, מקטין את החלפת ה-CMOStic לתהליכי הגנה מתקדמים ו- capacitance שנוצרו על ידי מחשבי PC-CDC, וממזערים את האזור.
Digital Calibration ו- Trimming Circuits
CMOS Op-amps לשלב בקלות על זיכרון לא רצוני ודיגיטל-to-analog מהפך ולהשיג calibration. לייזר trimming, המשמש בדרך כלל בתהליכים דו קוטביים, דורש שלבים ייעודיים לאחר-fabricationing. עם CMOS, מנוע דיגיטלי יכול למדוד את הקלט של הדג במהלך הבדיקה הסופית ותכנית תיקון לתוך קוד, השגת אפקטים בטווח הקצר בלבד, כי ניתן להפחית את ההשפעות של צריכת דלק בטווח הקצר, כי הוא רק כדי להפחית את רמת החום של טמפרטורה גבוהה יותר.
המונחים: Mitigation Strategies
מפרטים רעש הם לעתים קרובות נקודה עיקרית של השוואה בין טכנולוגיות מגבר. Bקוטב דגימה בדרך כלל מציעים צפיפות רעש נמוך יותר מתח, אבל ניתוח רעש מוחלט חייב לכלול רעש הנוכחי ואת מעגל היישום הספציפי.
מגברי CMOS מציגים רעש גבוה יותר בתדרים נמוכים בשל תופעות חד-משמעיות ב-Creper-mpOS oxide-s. Chopper-stabilized CMOS Op-amps כתובת זו על ידי העברת אות קלט ל-Switch בעל לחץ גבוה, המגביר אותו באזור ללא רעש חד-קוטב של 1/fHz, ולאחר מכן משמיד אותו בחזרה ל- DC.
אספקת הגמישות והיציאה
אלקטרוניקה מודרנית פועלת לעתים קרובות במתחי אספקה מתחת 3.3 V, המופעלים לעתים קרובות על ידי ליתיום תא יחיד או סוללות תאי מטבע. CMOS phos הם מותאם היטב כדי לתמוך מטענים מסילות רכבת עד לשבריר ופעולת פלט, מתן מתח אספקה מלא כמו טווח דינמי.
מערכות להורדת רכבת-to-Rail topologies for Low-Voltage Systems
(הטרנסים הדו קוטביים דורשים חדר ראש מינימלי - לעתים קרובות מעל 0.7 V - להישאר מחוץ לשקע, אשר מגביל את התננדה האות הזמין במערכות בעלות נמוכה-התמכות של CMOS יכול להתנדנדנד בתוך עשרות מ"גות של שלבים אספקת ציוד חשמלי שלילי - מקסימום יחס אותות-לא-קדמי ופשט את העיצוב של מעגלי ADC-טר-ל-ל-ל-ל-ל-או-מסלולאריים, שנבנה עם אותות סטנדרטיים-מסלולאריים-מסלולאריים-מסלולאריים-מסלולאריים-מסלולאריים-מסלולאריים-מול-מול-מול-מול-מסלולאריים:
בסביבה הקרובה של Extended Common-Mode Range
רבים CMOS אגדות מפורטות על פני טווח אספקה של 1.8 V ל-5.5 V, ורחבות תהליך CMOS גבוהות מאפשרות הפעלה מ-1.8 V עד 36 V. גמישות זו מאפשרת מודל מגבר יחיד לשרת הן מכשירים ניידים בעלי כוח נמוך והן חיישנים תעשייתיים המופעלים על ידי 24 רכבות V.B דורשות לעתים קרובות יותר תהליכים מותאמים כדי לכסות רחב, מסבך רחב, ניהול מלאי ומעבדים.
ייצור כלכלה ו Scalability
עלויות לתפקוד הוא נהג מתמשך בתעשיית האלקטרוניקה. CMOS ייצור שולט ביכולת ייצור של מוליכים למחצה גלובליים, והמודולים האנלוגיים שנבנו לתהליכים אלה נהנים מקנה מידה זו.
עקבו אחרי CMOS Ndes
כל טכנולוגיה חדשה CMOS מספקת ממדים טרנסיסטאור קטנים יותר, צפיפות דיגיטלית מוגברת, וצריכת חשמל נמוכה יותר לשער. בעוד טרנסיסטורים אנלוגיים אינם בקנה מידה אגרסיבי כמו לוגיקה דיגיטלית - ביצועי אנלוג לעתים קרובות תלוי על שטח השער והתאמה - היכולת להטביע דגימות אופיום ב- 65m, 40m, או קנסות לצד תת-מערכת דיגיטלית גדולה יוצרות ערך רב-שלבי.
עלויות בעלות והטבות שרשרת אספקה
הבסיס המותקן של מתקני ייצור CMOS ויפר עולה בהרבה על כך של מתקני דו קוטביים מיוחדים או BCMOS. ייצור גבוה-הכולה כונן עלות wfer, ואת היכולת להשתמש מחדש תשתיות בדיקה על פני מיליוני יחידות עוד יותר להפחית מעל פני. discrete CMOS-amps לטובת מבנה זה עלות, לעתים קרובות תחת ניכוי bi קוטבי שווה ערך במחיר בעת מתן מפרטים מקבילים או גבוה בקטגוריות רבות.
אמינות, יציבות טמפרטורה, ורובוסטנטיות סביבתית
תחמוצות שער MOSFET הן חזקות מטבען כאשר הן מוגן כראוי עם מבנים של ESD על שבב.התחפוכות גבוהה לא מחלחלות באופן משמעותי על טמפרטורה או חשיפה לקרינה, מה שהופך CMOS Op-amps אטרקטיבי עבור אוויר, רכב, ויישומים פיזיקה באנרגיה גבוהה.
שער Oxide Integrity and Leakage Performance
כמו תהליך CMOS ג'ממות מתכווץ, עובי תחמוצת שער מופחת, אשר יכול להוביל זרמי דליפת שער מוגברת. טכניקות ייצור מתקדמות, כולל השימוש של dielectrics ושערי מתכת גבוהים, למעשה לשלוט נתיבים דליפות אלה, המאפשר CMOS מודרניים אפי דגימת כדי לשמור על זרם הטיות הקלט האופייני שלהם ברמת ה-fmtoamp-level אפילו בטמפרטורות גבוהות.
ביצועים בטמפרטורות קיצוניות
מעגלים CMOS יכולים להיות נועדו לפעול בטווח רחב של טמפרטורה, מן התנאים הבכיניים עד 225 מעלות צלזיוס, על ידי התאמת פרופילים ושימוש סיליקון-on-inulator (SOI) substrates. SOI מבוסס CMOS הדגמות משמשים בלחיצת חור, שבו רעש תרמי ודליפה חייב להיות מנוהל על ידי 200 ° C - תחום היסטורי על ידי תהליכים אקזוטיים על ידי ספקטרום גבוה.
המונחים: Best-Fit Scenarios
בעוד מגברי CMOS הם לעתים קרובות הבחירה העליונה עבור עיצובים מודרניים, שום טכנולוגיה אחת אינה אופטימלית עבור כל יישום מהנדסים צריך להעריך את דרישות המערכת בקפידה.
איפה Bpolar שומר על צוק
במהירויות גבוהות של מגברי הנקה הנוכחית ונהגי וידאו פס רחב, תהליכים דו קוטביים לשמור על יתרון כי העומס הגבוה ביותר של GFLT:0mearFLT:1 מאפשר רוחב פס גדול יותר בשלבי quiescent נתונה. B קוטבי גם לשמור על יתרונות חד-פעמיים נמוכים יותר מתחת ל- NV / הרץ ללא צורך חיתוך, אשר מועיל ביישומים מהירים כגון סיליקון מהיר.
העדיפות והחיישנים של CMOS
CMOS מאופיין הדגימות, משופר על ידי אפס אוטומטי וטכניקות חיתוך, כבשו הרבה של השוק המגבר דיוק.הם מציעים מתחים מלמטה 5 מיקרוV ויציאה מלמטה 0.005 μV / ° C, מעל הביצועים של רבים תפוקה נמוכה יותר אפסית ברירת מחדל.עבור thermocouple, גשר, חיישן אלקטרוכימי מלפנים, שילוב נמוך, Fto-F ל-F-to-to-to-F-to-to-to-mps: יותר מדגימה נמוכה ביותר, עושה את ה-D-D2 CM-F-mps.
תחזית עתיד בעולם משולב
הדומיננטיות של מגברי תפעול CMOS צפויה להתרחב ככל שמערכות אלקטרוניות נעות לעבר אינטליגנציה מבוזרת ורגישויות מתפשטות.
IoT ו- Ultra-Low-Power Sensing
חיישן מיניאטורי מופעל על ידי קצירת אנרגיה או תאים מטבע קטנים דורשים זרמים קטנים מתחת 1 μA למגבר ואספקת מתחים תחת 2 V. sub-reshold CMOS מזהה לענות מטרות אלה, שילוב מגבלות אזהרה ורכיבים זעירים בגודל של CMOS ישירות על ממשק החיישן.
הרכב וההפצה התעשייתית
כלי רכב חשמליים ומערכות ניהול מתקדמות (ADAS) דורשים מאות מעגלים מותנים אנלוגיים, כל ניטור הנוכחי, מתח, או טמפרטורה עם דיוק גבוה על טווח טמפרטורה רחב.תהליך הסמכה AEC-Q100 מעדיף CMOS הדגמות כי CMOS נמוך מטווח ותכונות אבחון בנוי יכול להפחית את הצורך של חיתוך חיצוני.
בחירת קריטריה עבור מעצבים מודרניים
מהנדסים המתקרבים לתכנון חדש צריכים להתחיל עם רשימה ברורה של המפרטים הקריטיים ביותר: מתח אספקה, רוחב פס נדרש, תנופה מקור, זרם quiescent מקובל, ותקציב שגיאה הכולל. עבור רוב של יישומים ניידים, מופעלים סוללות, או יישומים עתירי-סרפס גבוה, מגבר תפעולי CMOS יספק שילוב הטוב ביותר של ביצועים, אינטגרציה, ועלות כאשר עיצוב פועל במאות מגה-מול, או דורש כיום, 000 מטרד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מנועים, עדיין, תכונות הפעלה של ציוד פעולה עם זאת, כלומר, כלומר, כולל של ציוד פעולה עם זאת, מגבר תפעוליים, אם כיבית, מגבר תפעוליים של ציוד מגבר, מגבר, אם כיבית, מגבר בינוני של ציוד מכני, אם כיבית, מגבר תפעולי תיבות של ציוד מגבר תפעולי תיבות של ציוד ניקוי דו קוטבי, אם כיבית, כלומר, עם מגבר תפעולי תיבות של ציוד מגבר בינוני, עם זאת, עם זאת, יכול לספק שילוב יעיל יותר של ציוד מגבר תפעולי תיבות של ציוד מגבר בינוני של ציוד מגבר בינוני של ציוד מגבר בינוני של ציוד מגבר תפעולי תיבות של ציוד מגבר בינוני של ציוד מגבר CCMOS
המעבר מ- דו קוטבית ל-CMOS מגברות תפעוליות משקף אבולוציה רחבה יותר בפילוסופיה עיצוב מעגלית לעבר מודעות כוח, שילוב מונוליטי, ו calibration דיגיטלית. על ידי הבנת הכוחות הבסיסיים של טכנולוגיית CMOS, מעצבים יכולים לרתום את היתרונות שלה לבנות מוצרים אלקטרוניים קטנים יותר, יעילים יותר וחכמים יותר.