ความสัมพันธ์ระหว่าง HCMOS และ LVCMOS คืออะไร?

ความสัมพันธ์ระหว่าง HCMOS และ LVCMOS คืออะไร?

จากมุมมองของวิวัฒนาการและอนุกรมวิธานของเทคโนโลยีวงจรรวม CMOS, HCMOS และ LVCMOS ไม่มีความสัมพันธ์แบบขนานหรือการทดแทนอย่างง่าย แต่จะสร้างระบบลำดับชั้นที่จัดหมวดหมู่ตามมิติข้อมูลและฟีเจอร์ที่ทับซ้อนกัน

ความสัมพันธ์หลักสามารถกำหนดได้ดังต่อไปนี้: LVCMOS ไม่ใช่-รุ่นต่อจาก HCMOS แต่เป็นสาขาหลักที่จำแนกตาม "โดเมนแรงดันไฟฟ้า" ในแง่ของประสิทธิภาพ อุปกรณ์ LVCMOS สมัยใหม่มีเหนือกว่าอุปกรณ์ HCMOS รุ่นแรกๆ โดยสิ้นเชิง ทั้งสองเป็นแนวคิดในมิติที่แตกต่างกันและมีการบูรณาการอย่างมากในเทคโนโลยีร่วมสมัย

1. รากฐานหลัก: เทคโนโลยี CMOS

เทคโนโลยี CMOS ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับตัวแปรที่ตามมาทั้งหมด คุณลักษณะที่กำหนดคือการใช้ P-MOS และ N- MOSFET เสริมเพื่อสร้างอินเวอร์เตอร์หรือลอจิกเกตอื่นๆ ส่งผลให้การใช้พลังงานคงที่เป็นศูนย์ในทางทฤษฎี อุปกรณ์ HCMOS และ LVCMOS ทั้งหมดที่กล่าวถึงในที่นี้มีคุณสมบัติพื้นฐานนี้เหมือนกัน

2. วิวัฒนาการของเทคโนโลยีตามการสร้างประสิทธิภาพ (มิติหลัก)

มิติข้อมูลนี้จัดประเภทตามเวลาและประสิทธิภาพ ซึ่งสะท้อนถึงความก้าวหน้าในกระบวนการผลิต

CMOS แบบดั้งเดิม (เช่น ซีรีส์ 4000)

คุณลักษณะ: ใช้กระบวนการผลิตในระยะเริ่มต้น-ด้วยขนาดคุณลักษณะที่ใหญ่และความจุปรสิตสูง มีช่วงแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่กว้าง (3–15V) แต่ประสบปัญหาความล่าช้าในการแพร่กระจายที่ยาวนาน (ประมาณ ~100ns) ความเร็วต่ำ และความสามารถในการขับเอาท์พุตที่อ่อนแอ

HCMOS (CMOS ความเร็วสูง-)

คุณสมบัติ: ด้วยการลดขนาดทรานซิสเตอร์ตามสัดส่วน ความจุของปรสิตและความจุเกตของอุปกรณ์จะลดลงอย่างมาก การปรับปรุงนี้ช่วยลดความล่าช้าในการแพร่กระจายลงอย่างมาก (ตามลำดับที่ ~ 10ns) ในขณะที่ยังคงการใช้พลังงานคงที่ต่ำ ความสามารถในการขับขี่ก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมากเช่นกัน

ตำแหน่งทางวิชาการ: HCMOS แสดงถึงโหนดเทคโนโลยีประวัติศาสตร์ นับเป็นจุดที่เทคโนโลยี CMOS ประสบความสำเร็จและเกินความเร็วของตรรกะ TTL กระแสหลักในขณะนั้น ซึ่งทำให้เกิดข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมของ CMOS ทั้งในด้านประสิทธิภาพและการใช้พลังงาน ตัวอย่างทั่วไปของมันคือซีรีส์ 74HC ที่ทำงานด้วย 5V- ควรสังเกตว่า HCMOS เป็นตัวย่อของ High-CMOS ความเร็วสูง ไม่ใช่ High-Voltage CMOS ในการใช้งานจริง คำว่า CMOS แรงดันไฟฟ้าสูง-นั้นไม่ค่อยมีใครใช้ หากจำเป็นควรเรียกโดยย่อว่า HVCMOS

3. การจำแนกสถาปัตยกรรมตามแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย (มิติตัดขวางอีก-)

มิติข้อมูลนี้กำหนดเป็นมาตรฐานโดยแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายและทับซ้อนกับมิติตามประสิทธิภาพ-

5V ซีมอส

รวม CMOS แบบดั้งเดิมในยุคแรกและอุปกรณ์ HCMOS ส่วนใหญ่ (เช่น ซีรีส์ 74HC) นี่เป็นโดเมนแรงดันไฟฟ้าที่ได้มาตรฐานอย่างกว้างขวางโดเมนแรก

CMOS แรงดันไฟฟ้าต่ำ-

คำจำกัดความ: เป็นคำทั่วไปสำหรับตระกูลลอจิก CMOS ทั้งหมดที่มีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่ำกว่ามาตรฐาน 5V อย่างมาก การพัฒนาส่วนใหญ่ขับเคลื่อนโดยการปรับการใช้พลังงานแบบไดนามิกให้เหมาะสม เนื่องจากการใช้พลังงานแบบไดนามิกของวงจรเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย

หมวดย่อย: LVCMOS ยังถูกแบ่งย่อยเพิ่มเติมตามแรงดันไฟฟ้าเพื่อสร้างชุดมาตรฐาน:

3.3V (LVCMOS): เช่น ซีรีส์ 74LVC

2.5V, 1.8V, 1.5V, 1.2V ฯลฯ: เมื่อโหนดกระบวนการก้าวหน้า แรงดันไฟฟ้าในการทำงานจะลดลงอย่างต่อเนื่อง

ความร่วมมือและการบูรณาการร่วมสมัย

การอยู่ใต้บังคับบัญชาทางประวัติศาสตร์: ในประวัติศาสตร์ของการพัฒนาเทคโนโลยี HCMOS (เช่น 74HC) เป็นคลาสย่อยประสิทธิภาพของเทคโนโลยี CMOS

ข้าม-การทับซ้อนกันของมิติ: HCMOS (เน้นความเร็ว) และ LVCMOS (เน้นแรงดันไฟฟ้า) เป็นแนวคิดที่อิงตามเกณฑ์การจำแนกประเภทที่แตกต่างกัน ชิปตัวเดียวสามารถอยู่ในทั้งสองประเภทพร้อมกันได้

ตัวอย่างเช่น ซีรีส์ 74HC คือ 5V HCMOS

ซีรีส์ 74LVC คือ 3.3V LVCMOS ในขณะที่ประสิทธิภาพความเร็วโดยทั่วไปสูงกว่าซีรีส์ 74HC ดังนั้น 74LVC จึงเป็นทั้ง LVCMOS และตรงตามคุณลักษณะ "ความเร็วสูง-" อย่างสมบูรณ์

วิวัฒนาการการบูรณาการและคำศัพท์ร่วมสมัย:

ในกระบวนการ CMOS ระดับซับไมครอนและระดับลึก-ในปัจจุบัน แรงดันไฟฟ้าต่ำกลายเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นในการบรรลุถึงความเร็วสูงและการใช้พลังงานต่ำ ดังนั้นวงจรรวม CMOS ที่ออกแบบใหม่ทั้งหมดจึงมี "แรงดันไฟฟ้าต่ำ-"

"ความเร็วสูง-" ไม่ใช่ป้ายกำกับเฉพาะสำหรับกลุ่มผลิตภัณฑ์เฉพาะอีกต่อไป แต่เป็นคุณลักษณะสากลของเทคโนโลยี CMOS สมัยใหม่ ในการปฏิบัติงานด้านวิชาการและวิศวกรรมศาสตร์ คำว่า "HCMOS" โดยทั่วไปมักใช้เพื่ออ้างถึงวงจร CMOS ประสิทธิภาพสูง-ทั้งหมดตามกระบวนการที่ทันสมัย ​​และวงจรเหล่านี้ส่วนใหญ่จัดอยู่ในหมวดหมู่ของ LVCMOS

ในบริบทร่วมสมัย:

CMOS: ตามศัพท์ทั่วไปของเทคโนโลยี ในสัญญาณเอาท์พุตของคริสตัลออสซิลเลเตอร์ นั้นหมายถึงสัญญาณเอาท์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมปลายด้านเดียว-โดยเฉพาะ

HCMOS: ในความหมายกว้างๆ มันอธิบายถึงคุณลักษณะประสิทธิภาพสูง-ของวงจร CMOS สมัยใหม่

LVCMOS: กำหนดมาตรฐานไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้าต่ำอย่างชัดเจน

ดังนั้น เมื่ออธิบาย "สัญญาณ CMOS ความเร็วสูง-3.3V" การแสดงออกทางวิชาการที่แม่นยำยิ่งขึ้นก็คือ: สัญญาณนี้สอดคล้องกับมาตรฐานทางไฟฟ้า LVCMOS (เช่น LVC) และแสดงคุณลักษณะความเร็วสูง-ของกระบวนการ CMOS สมัยใหม่ ในฐานะเทคโนโลยีที่สำคัญ การปรับปรุงประสิทธิภาพหลักที่สืบทอดมาของ HCMOS-ผ่านการปรับขนาดกระบวนการ- ได้รับการสืบทอดและเหนือกว่าเทคโนโลยี LVCMOS สมัยใหม่ทั้งหมด แนวคิดทั้งสองอยู่ในมิติที่แตกต่างกันในทางทฤษฎีและได้รับการบูรณาการอย่างสมบูรณ์ในการใช้งานจริง