Công nghệ MOS (Metal Oxide Semiconductor-kim loại oxit bán dẫn) có tên gọi xuất xứ từ cấu trúc MOS cơ bản của một điện cực nằm trên lớp oxit cách nhiệt, dưới lớp oxit là đế bán dẫn. Transistor trong công nghệ MOS là transistor hiệu ứng trường, gọi là MOSFET (metal oxide silicon field effect transistor). Có nghĩa điện trường ở phía điện cực kim loại của lớp oxit cách nhiệt có ảnh hưởng đến điện trở của đế. Phần nhiều IC số MOS được thiết kế hết bằng MOSFET, không cần đến linh kiện nào khác.

    Ưu điểm chính của MOSFET là dễ chế tạo, phí tổn thấp, cỡ nhỏ, tiêu hao rất ít điện năng. Kĩ thuật làm IC MOS chỉ rắc rối bằng 1/3 kĩ thuật làm IC lưỡng cực (TTL, ECL,...). Thêm vào đó, thiết bị MOS chiếm ít chỗ trên chip hơn so với BJT, thông thường, mỗi MOSFET chỉ cần 1 mi li vuông diện tích chip, trong khi BJT đ̣i hỏi khoảng 50 mi li vuông. Quan trọng hơn, IC số MOS thường không dùng các thành phần điện trở trong IC, vốn chiếm quá nhiều diện tích chip trong IC lưỡng cực. Những lư lẽ trên khẳng định rằng các IC MOS có thể dung nạp nhiều phần tử mạch trên 1 chip đơn hơn so với IC lưỡng cực. Bằng chứng là ta sẽ thấy MOS dùng nhiều trong vi mạch tích hợp cỡ LSI, VLSI hơn hẳn TTL. Mật độ đóng gói cao của IC MOS làm chúng đặc biết thích hợp cho các IC phức tạp, như chip vi xử lí và chip nhớ. Sửa đổi trong công nghệ IC MOS đă cho ra những thiết bị nhanh hơn 74, 74LS của TTL, với đặc điểm điều khiển ḍng gần như nhau. Do vậy, thiết bị MOS đặc biệt là CMOS đă đă được sử dụng khá rộng răi trong mạch MSI mặc dù tốc độ có thua các IC TTL cao cấp và dễ bị hư hại do bị tĩnh điện.

Mạch số dùng MOSFET được chia thành 3 nhóm là:

- PMOS dùng MOSFET kênh P

- NMOS dùng MOSFET kênh N tăng cường

- CMOS (MOS bù) dùng cả 2 thiết bị kênh P và kênh N

    Các IC số PMOS và NMOS có mật độ đóng gói lớn hơn (nhiều transistor trong 1 chip hơn) và do đó kinh tế hơn CMOS. NMOS có mật độ đóng gói gần gấp đôi PMOS. Ngoài ra, NMOS cũng nhanh gần gấp 2 lần PMOS, nhờ dữ kiện các điện tử tự do là những hạt tải ḍng trong NMOS, c̣n các lỗ trống (điện tích dương chuyển động chậm hơn) là hạt tải ḍng cho PMOS. CMOS rắc rối nhất và có mật độ đóng gói thấp nhất trong các họ MOS, nhưng nó có điểm mạnh là tốc độ cao hơn và công suất tiêu hao thấp hơn. IC NMOS và CMOS được dùng rộng răi trong lĩnh vực kĩ thuật số, nhưng IC PMOS không c̣n góp mặt trong các thiết kế mới nữa. Tuy nhiên MOSFET kênh P vẫn rất quan trọng bởi v́ chúng được dùng trong mạch CMOS.

    Trước khi đi vào công nghệ CMOS ta hăy t́m hiểu qua về NMOS. Cũng cần phải biết rằng PMOS tương ứng cũng giống hệt NMOS, chỉ khác ở chiều điện áp.

H́nh 1.64 là cấu tạo của 1 cổng NOT loại NMOS cơ bản

Mạch gồm 2 MOSFET: Q2 làm chuyển mạch c̣n Q1 làm tải cố định và luôn dẫn, điện trở của Q1 khoảng 100 kW

Ngơ vào mạch đặt ở cực G của Q2, c̣n ngơ ra lấy ở điểm chung của cực S Q1 và cực D Q2. Nguồn phân cực cho mạch giả sử dùng 5V.

Khi Vin = 5 V, ngơ vào mức cao kích cho Q2 dẫn, trở trên Q2 c̣n khoảng 1K cầu phân áp giữa RQ1 và RQ2 cho phép áp ra c̣n khoảng 0,05V tức là ngơ ra ở mức thấp

Khi Vin = 0V, ngơ vào ở mức thấp, Q2 ngắt, trở trên nó khá lớn khoảng 1010 ohm. Cầu phân áp RQ1 và RQ2 sẽ đặt áp ngơ ra xấp xỉ nguồn, tức là ngơ ra ở mức cao.

Vậy mạch hoạt động như một cổng NOT. Cổng NOT được xem là mạch cơ bản nhất của công nghệ MOS. Nếu ta thêm Q3 mắc nối tiếp và giống với Q2 th́ sẽ được cổng NAND. Nếu ta mắc Q3 song song và giống với Q2 th́ sẽ được cổng NOR. Cổng AND và cổng OR được tạo ra bằng cách thêm cổng NOT ở ngơ ra của cổng NAND và cổng NOR vừa được tạo ra.

Như đă nói ở trước, NMOS không phải để tạo ra các cổng mà thường dùng để xây dựng mạch tổ hợp, mạch tuần tự quy mô thường cỡ MSI trở lên, nhưng tất cả những mạch đó về cơ bản vẫn chỉ là tổ hợp của các mạch cổng logic được kể ra ở đây.

Một số đặc điểm của NMOS :

Tốc độ chuyển mạch: chậm hơn so với loại TTL do điện trở đầu vào khá cao đồng thời bị ảnh hưởng bởi tải dung tính mà nó thúc

Giới hạn nhiễu khoảng 1,5V với nguồn 5V và sẽ tăng tỉ lệ khi nguồn cấp tăng. Như vậy là tính kháng nhiễu kém hơn TTL

Hệ số tải: về lí thuyết là rất lớn do trở đầu vào của mạch rất lớn, tuy nhiên, nếu tần số hoạt động càng cao (trên 100KHz) th́ điện dung sinh ra có thể làm suy giảm thời gian chuyển mạch kéo theo giảm khả năng giao tiếp tải. So với TTL th́ NMOS vẫn có hệ số tải cao hơn hẳn trung b́nh là 50 cổng cùng loại.

Công suất tiêu tán: Đây là ưu điểm nổi bật của logic MOS. Thật vậy, chẳng hạn với cổng NOT ở trên khi đầu vào thấp RQ1 = 100k, RQ2 = 1010ohm nên ḍng tiêu thụ I = V/R = 0,5nA => P =U.I = 2,5nW

Khi đầu vào cao RQ1 = 100k, RQ2  1k nên ḍng tiêu thụ I = V/R = 50uA ̃ 0,25mW

Vậy công suất trung b́nh chỉ cao hơn 0,1 mW một chút, so với TTL th́ nó quá nhỏ.

Chính nhờ ưu điểm này mà CMOS có thể tích hợp cỡ LSI và VLSI, nơi mà nhiều cổng, nhiều flip flop, nhiều mạch khác được tích hợp trong một chíp mà không gây nhiệt làm hỏng chip.

Cũng cần lưu ư là logic MOS do đều được xây dựng từ các transistor MOSFET nên rất nhạy tĩnh điện, ở phần sau ta sẽ đề cập chi tiết đến vấn đề này.

 

<về đầu trang>

 

2.1 Cấu tạo

CMOS (Complementary MOS) có cấu tạo kết hợp cả PMOS và NMOS trong cùng 1 mạch nhờ đó tận dụng được các thế mạnh của cả 2 loại, nói chung là nhanh hơn đồng thời mất mát năng lượng c̣n thấp hơn khi dùng rời từng loại một. Cấu tạo cơ bản nhất của CMOS cũng là một cồng NOT gồm một transistor NMOS và một transistor PMOS như h́nh 1.65

 

Hoạt động của mạch cũng tương tự như ở NMOS

Khi ngơ vào (nối chung cực cổng 2 transistor) ở cao th́ chỉ có Q1 dẫn mạnh do đó áp ra lấy từ điểm chung của 2 cực máng của 2 transistor sẽ xấp xỉ 0V nên ngơ ra ở thấp.

Khi ngơ vào ở thấp Q1 sẽ ngắt c̣n Q2 dẫn mạnh, áp ra xấp xỉ nguồn, tức ngơ ra ở mức cao.

Để ư là khác với cổng NOT của NMOS, ở đây 2 transistor không dẫn cùng một lúc nên không có ḍng điện từ nguồn đổ qua 2 transistor xuống mass nhờ đó công suất tiêu tán gần như bằng 0. Tuy nhiên khi 2 transistor đang chuyển mạch và khi có tải th́ sẽ có ḍng điện chảy qua một hay cả 2 transistor nên khi này công suất tiêu tán lại tăng lên.

Trên nguyên tắc cổng đảo, cũng giống như trước bằng cách mắc song song hay nối tiếp thêm transistor ta có thể thực hiện được các cổng logic khác (h́nh 1.66). Chẳng hạn mắc chồng 2 NMOS và mắc song song 2 PMOS ta được cổng NAND. C̣n khi mắc chồng 2 PMOS và mắc song song 2 NMOS ta được cổng NOR.

<về đầu trang>

 

2.2 Phân loại

Có nhiều loại IC logic CMOS với các đóng vỏ (package) và chân ra giống như các loại TTL. Ở các IC có quy mô tích hợp nhỏ SSI vỏ DIP (dual inline package): với hai hàng chân thẳng hàng 14 hay 16 chân là hay được dùng hơn cả.

CMOS cũ họ 4000, 4500

Hăng RCA của Mỹ đă cho ra đời loại CMOS đầu tiên lấy tên CD4000A. Về sau RCA có cải tiến để cho ra loạt CD4000B có thêm tầng đệm ra, về sau nữa hăng lại bổ sung thêm loạt CD4500, CD4700.

Hăng Motorola (Mỹ) sau đó cũng cho ra loạt CMOS MC14000, MC14000B, MC14500 tương thích với sản phẩm cũ của RCA.

Đặc điểm chung của loạt này là :

  • Điện áp nguồn cung cấp từ 3V đến 18V mà thường nhất là từ 5 đến 15 V.

  • Chúng có công suất tiêu hao nhỏ

  • Riêng loại 4000B do có thêm tầng đệm ra nên ḍng ra lớn hơn, kháng nhiễu tốt hơn mà tốc độ cũng nhanh hơn loại 4000A trước đó.

  • Tuy nhiên các loại trên về tốc độ th́ tỏ ra khá chậm chạp và ḍng cũng nhỏ hơn nhiều so với các loại TTL và CMOS khác. Chính v́ vậy chúng không được sử dụng rộng răi ở các thiết kế hiện đại.

Loại 74CXX

Đây là loại CMOS được sản xuất ra để tương thích với các loại TTL về nhiều mặt như chức năng, chân ra nhưng khoản nguồn nuôi th́ rộng hơn. Các đặc tính của loại này tốt hơn loại CMOS trước đó một chút tuy nhiên nó lại ít được sử dụng do đă có nhiều loại CMOS sau đó thay thế loại CMOS tốc độ cao 74HCXX và 74HCTXX. Đây là 2 loại CMOS được phát triển từ 74CXX.

74HCXX có ḍng ra lớn tốc độ nhanh hơn hẳn 74CXX, tốc độ của nó tương đương với loại 74LSXX, nhưng công suất tiêu tán th́ thấp hơn. Nguồn cho nó là từ 2 đến 6 V.

C̣n 74HCTXX chính là 74HCXX nhưng tương thích với TTL nhiều hơn như nguồn vào gần giống TTL : 4,5V đến 5,5V. Do đó 74HCTXX có thể thay thế trực tiếp cho 74LSXX và giao tiếp với các loạt TTL rất b́nh thường.

Ngày nay 74HC và 74HCT trở thành loại CMOS hay dùng nhất mà lại có thể thay thế trực tiếp cho loại TTL thông dụng.

Loại CMOS tiên tiến 74AC, 74ACT

Loại này được chế tạo ra có nhiều cải tiến cũng giống như bên TTL, nó sẽ hơn hẳn các loại trước đó nhưng việc sử dụng c̣n hạn chế cũng vẫn ở lí do giá thành c̣n cao.

Chẳng hạn cấu trúc mạch và chân ra được sắp xếp hợp lí giúp giảm những ảnh hưởng giữa các đường tín hiệu vào ra do đó chân ra của 2 loại này th́ khác chân ra của TTL.

Kháng nhiễu, tŕ hoăn truyền, tốc độ đồng hồ tối đa đều hơn hẳn loại 74HC, 74HCT.

Kí hiệu của chúng hơi khác một chút như 74AC11004 là tương ứng với 74HC04. 74ACT11293 là tương ứng với 74HCT293.

            Loại CMOS tốc độ cao FACT

Đây là sản phẩm của hăng Fairchild, loại này có tính năng trội hơn các sản phẩm tương ứng đă có.

            Loại CMOS tốc độ cao tiên tiến 74AHC, 74AHCT

Đây là sản phẩm mới đă có những cải tiến từ loại 74HC và 74HCT, chúng tận dụng được cả 2 ưu điểm lớn nhất của TTL là tốc độ cao và của CMOS là tiêu tán thấp do đó có thể thay thế trực tiếp cho 74HC và 74HCT.

Bảng sau cho phép so sánh công suất tiêu tán và tŕ hoăn truyền của các loại TTL và CMOS ở nguồn cấp điện 5V.

Ngoài các loại trên công nghệ CMOS cũng phát triển một số loại mới gồm:

            BiCMOS

Đây là sản phẩm kết hợp công nghệ lưỡng cực TTL với công nghệ CMOS nhờ đó tận dụng được cả 2 ưu điểm của 2 cộng nghệ là tốc độ nhanh và công suất tiêu tán thấp. Nó giảm được 75% công suất tiêu tán so với loại 74F trong lúc vẫn  giữ được tốc độ và đặc điểm điều khiển tương đương. Nó cũng có chân ra tương thích với TTL và hoạt động ở áp nguồn 5V. Tuy nhiên Bi CMOS thường ch́ được tích hợp ở quy mô vừa và lớn dùng  nhiều trong giao diện vi xử lí và bộ nhớ, như mạch chốt, bộ đệm, bộ điều khiển hay bộ thu phát.

             Loại CMOS điện thế thấp

Đây là loại CMOS khá đặc biết có áp nguồn giảm xuống chỉ c̣n khoảng 3V. Khi áp giảm sẽ kéo theo giảm công suất tiêu tán bên trong mạch nhờ đó mật độ tích hợp của mạch tăng lên, rồi tốc độ chuyển mạch cũng tăng lên điều này rất cần thiết trong các bộ vi xử lí bộ nhớ ... với quy mô tích hợp VLSI. Cũng có khá nhiều loại CMOS áp thấp, và đây là xu hướng của mai sau, ở đây chỉ nói qua về một số loại của hăng Texas Instruments

74LV (low voltage) : là loạt CMOS điện thế thấp tương ứng với các vi mạch số SSI và MSI của các công nghệ khác. Nó chỉ hoạt động được với các vi mạch 3,3V khác

74LVC (low voltage CMOS ) : gồm rất nhiều mạch SSI và MSI như loạt 74. Nó có thể nhận mức 5V ở các ngơ vào nên có thể dùng để chuyển đổi các hệ thống dùng 5V sang dùng 3,3V khác. Nếu giữ ḍng điện ở ngơ ra đủ thấp để điện thế ngơ ra nằm trong gcac1 giới hạn cho phép, nó cũng có thể giao tiếp với các ngơ vào TTL 5V. Tuy nhiên áp vào cao VIH của các CMOS 5V như 74HC hay 74AHC khiến chúng không thể được thúc từ các vi mạch LVC

74ALVC (advanced low voltage CMOS ) : là loạt CMOS điện thế thấp co cấp nh6t1, chủ yếu để dùng cho các mạch giao diện bus hoạt động ở 3,3V

74LVT (low voltage BiCMOS) : giống như 74LVC có thể hoạt động ởl logic 5V và có thể dùng như mạch số chuyển mức 5 V sang 3V

Bảng sau so sánh một số đặc tính của các loại CMOS áp thấp

 

CMOS cực máng hở, CMOS ra 3 trạng thái và CMOS nảy schmitt trigger

Tương tự như bên TTL, các cổng CMOS cũng có các loại ra hở mảng, ra 3 trạng thái và nảy schmitt trigger, v́ có nhiều loại CMOS được sản xuất để tương thích và thay thế cho loại TTL tương ứng.

CMOS ra hở máng

Do dùng MOSFET nên ngơ ra không phải là cực thu mà là cực máng

Ở h́nh 1.67 trŕnh bày hai cổng NOT CMOS thường có ngơ ra nối chung với nhau

Nếu 2 đầu vào ở cao th́ 2P ngắt, 2N dẫn ngơ ra mức cao b́nh thường.

Nếu 2 đầu vào ở thấp th́ 2P dẫn, 2N ngắt ngơ ra mức thấp b́nh thường.

Nhưng nếu ngơ vào cổng 1 ở thấp c̣n ngơ vào cổng 2 ở cao th́ P1 dẫn N1 ngắt, P2 ngắt N2 dẫn áp ngơ ra sẽ là nửa áp nguồn Vdd. Áp này rơi vào vùng bất định không thể dùng kích các tải được hơn nữa với áp Vdd mà cao, ḍng dẫn cao có thể làm tiêu 2 transistor của cổng.

Vậy cách để cực D ra hở là hợp trong trường hợp này. Trong cấu trúc mạch sẽ không c̣n MOSFET kênh P nữa, c̣n MOSFET kênh N sẽ để hở cực máng D. Ta có thể nối các ngơ ra theo kiểu nối AND hay OR và tất nhiên là cũng phải cần điện trở kéo lên để tạo mức logic cao, giá trị của R kéo lên tính giống như bên mạch loại TTL.

CMOS ra 3 trạng thái

Tương tự mạch bên TTL, mạch có thêm ngơ điều khiển G (hay C).

G ở cao 2 cổng nand nối, nên Y = A, ta có cổng đệm không đảo

G ở thấp ngơ ra của 2 cổng nand lên cao làm PMOS và NMOS cùng ngưng dẫn và đây là trạng thái thứ 3 hay c̣n gọi là trạng thái trở kháng cao (high Z), lúc bấy giờ từ ngơ ra Y nh́n ngược vào mạch th́ mạch như không có (điện trở ngơ ra Y lên nguồn và xuống mass đều rất lớn).

Ngơ G cũng có thể tác động ở mức thấp

Kí hiệu logic của mạch

Cổng nảy schmitt trigger tương tự nảy schmitt trigger bên mạch TTL

 

Cổng truyền dẫn CMOS (transmission gate :TG)

Đây là loại cổng logic mà bên công nghệ lưỡng cực không có; cổng truyền dẫn hoạt động như một công tắc đóng mở (số) để cho phép dữ liệu (dạng số) truyền qua lại theo cả 2 chiều.

Trước hết là cấu tạo của cổng truyền NMOS

Tín hiệu truyền có thể là tương tự hay số miễn nằm trong khoảng 0 đến Vdd. Nhưng ở đây để dẽ minh hoạ ta giả sử lấy nguồn cấp là 10V, áp ngưỡng của NMOS sẽ là 2V

Khi ngơ vào ở thấp, tụ sẽ không được nạp nên tất nhiên ngơ ra cũng là mức thấp

Khi ngơ vào ở cao mà đường khiển G vẫn ở thấp th́ ngơ ra cũng vẫn ở thấp

Khi ngơ vào ở cao và G ở cao => NMOS dẫn với áp ngưỡng 2V nên tụ nạp đầy đến 8V th́ NMOS ngắt, ngơ ra có thể hiểu là mức cao, do đó tín hiệu đă được truyền từ trái sang phải

Khi này mà ngơ vào xuống mức thấp th́ tụ sẽ xả qua NMOS do đó ngơ ra lên cao trở lại tức là dữ liệu đă truyền từ phải sang trái

Tuy nhiên ta có nhận xét là, khi bị truyền như vậy dữ liệu đă giảm biên độ đi mất 2V. Với mạch số có thể vẫn hiểu là mức cao mức thấp, c̣n với mạch tương tự th́ như vậy là mất mát năng lượng nhiều rồi, và nó c̣n bị ảnh hướng nặng hơn khi nhiều cổng truyền mắc nối tiếp nhau.

Cổng truyền CMOS :

H́nh 1.70 cho thấy cấu trúc của 1 cổng truyền CMOS cơ bản dùng 1 NMOS và 1PMOS mắc song song, cũng với những giả sử như ở trên bạn sẽ thấy CMOS khắc phục được điểm dở của NMOS và chính nó đă được sử dụng rộng răi ngày nay.

Khi G ở thấp, không cho phép truyền.

Khi G ở cao, nếu ngơ vào ở thấp ngơ ra không có ǵ thay đổi.

C̣n nếu ngơ vào ở cao th́ cả 2 transistor đều dẫn dữ liệu truyền tù trái sang phải nạp cho tụ, ngơ ra ở mức cao nhưng có 1 điểm khác ở đây là khi tụ nạp đến 8V th́ NMOS ngắt trong khi PMOS vẫn dẫn mạnh làm tụ nạp đủ 10V.

Khi ngơ ra đang ở 10V, ngơ G vẫn ở cao mà ngơ vào xuống thấp th́ tụ sẽ xả ngược trở lại qua 2 transistor làm ngơ vào lên cao trở lại.

Các kí hiệu cho cổng truyền như h́nh

<về đầu trang>

 

2.3 Đặc tính kỹ thuật

Công suất tiêu tán

Khi mạch CMOS ở trạng thái tĩnh (không chuyển mạch) th́ công suất tiêu tán PD của mạch rất nhỏ. Có thể thấy điều này khi phân tích mạch mạch cổng nand hay nor ở trước. Với nguồn 5V, PD của mỗi cổng chỉ khoảng 2,5nW.

Tuy nhiên PD sẽ gia tăng đáng kể khi cổng CMOS phải chuyển mạch nhanh. Chẳng hạn tần số chuyển mạch là 100KHz th́ PD là 10 nW, c̣n f=1MHz th́ PD= 0,1mW. Đến tần số cỡ 2 hay 3 MHz là PD của CMOS đă tương đương với PD của 74LS bên TTL, tức là mất dần đi ưu thế của ḿnh.

Lư do có điều này là v́ khi chuyển mạch cả 2 transistor đều dẫn khiến ḍng bị hút mạnh để cấp cho phụ tải là các điện dung (sinh ra các xung nhọn làm biên độ của ḍng bị đẩy lên có khi cỡ 5mA và thời gian tồn tại khoảng 20 đến 30 ns). Tần số chuyển mạch càng lớn th́ sinh ra nhiều xung nhọn làm I càng tăng kéo theo P tăng theo. P ở đây chính là công suất động lưu trữ ở điện dung tải. Điện dung ở đây bao gồm các điện dung đầu vào kết hợp của bất kỳ tải nào đang được kích thích và điện dung đầu ra riêng của thiết bị.

Tốc độ chuyển mạch (tần số chuyển mạch)

Cũng giống như các mạch TTL, mạch CMOS cũng phải có tŕ hoăn truyền để thực hiện chuyển mạch. Nếu tŕ hoăn này làm tPH bằng nửa chu ḱ tín hiệu vào th́ dạng song vuông sẽ trở thành xung tam giác khiến mạch có thể mất tác dụng logic

Tuy nhiên tốc độ chuyển mạch của CMOS th́  nhanh hơn hẳn loại TTL do điện trở đầu ra thấp ở mỗi trạng thái. Tốc độ chuyển mạch sẽ tăng lên khi tăng nguồn nhưng điều này cũng sẽ làm tăng công suất tiêu tán, ngoài ra nó cũng c̣n ảnh hưởng bởi tải điện dung.

Giới hạn tốc độ chuyển mạch cho phép làm nên tần số chuyển mạch tối đa được tính dựa trên tPH.

Bảng sau cho phép so sánh fmax của một số loại cổng nand loại TTL với CMOS

Trong việc sử dụng các IC logic CMOS ta phải biết nhiều đặc tính và giới hạn của chúng. Các đặc tính thông dụng như áp nuôi, số toả ra, khả năng ḍng ra,... thường dễ vận dụng. Tất cả các IC logic đều dùng được ở nguồn nuôi 5V. Số toả ra với cùng loại logic ít nhất là gần chục trong lúc thường ch́ cần vài. Tuy nhiên đôi khi có nghi ngờ hay sử dụng ở trường hợp áp cấp Vmax, fmax, tải thuần dung thuần cảm... hay giao tiếp giữa các IC khác loại, khác áp nguồn, nói chung là các trường hợp đặc biệt. th́ ta phải tham khảo tài liệu ở data sheet hay data book. Cũng như ở bên TTL, một số đặc tính chính của CMOS được nói đến ở đây là:

Áp nguồn nuôi kư hiệu là Vdd (khác với bên TTL kư hiệu là Vcc) rất khác nhau do đó cần rất cẩn thận với nó, có thể dùng nguồn 5V là tốt nhất. Bảng sau đưa ra các khoảng áp nguồn cho từng loại CMOS.

Điện áp vào và ra của các loại CMOS

Cũng giống như bên TTL về kí hiệu, tên gọi nhưng ở bên CMOS có phức tạp hơn do nguồn nuôi cho các loại IC th́ khác nhau, ta chỉ có thể rút ra tương đối ở điều kiện nguồn Vdd = 5V. H́nh và bảng ở dưới nêu ra các thông số áp ra và vào. Riêng loại 74HCT là CMOS tốc độ cao tương thích với TTL nên thông số cũng giống như bên TTL.

Ḍng điện ngơ vào và ngơ ra

bảng so sánh ḍng vào ra của một số loại CMOS với một số loại TTL

 

Nói chung ta quan tâm đến ḍng ra nhiều hơn v́ đó là ḍng ra max cho phép mà vẫn đảm bảo các mức logic ra đúng như ở phần trên. C̣n các áp ra cũng chỉ quan tâm khi tính đến việc giao tiếp cổng khác loại khác áp nuôi.

Hệ số tải

Ḍng ra của các CMOS khá lớn trong lúc điện trở vào của các CMOS lại rất lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức ḍng vào rất rất nhỏ nên số toả ra rất lớn. Nhưng mỗi cổng CMOS có điện dung ngơ vào thường cũng khoảng 5pF nên khi có nhiều cổng tải mắc song song số điện dung tăng lên làm tốc độ chuyển mạch chậm lại khiến số toả ra ở tần số thấp (dưới 1MHz) là vài chục, c̣n ở tần số cao số tạo ra giảm chỉ c̣n dưới 10.

Tính kháng nhiễu

Về đặc tính chuyển (trạng thái) nói chung các loại CMOS đều chuyển trạng thái khá dứt khoát trừ  loại 4000A bởi v́ chúng có tầng đệm ở trước ngơ ra

Về giới hạn nhiễu nói chung là tốt hơn các loại TTL. Tốt nhất là loại 4000A,B. Giới hạn nhiễu sẽ c̣n tốt hơn nếu ta tăng nguồn nuôi lớn hơn 5V, tuy nhiên lúc này tổn hao cũng v́ thế tăng theo. Cách tính lề nhiễu mức cao và mức thấp vẫn như trước, tức là:

VNH = VOH(min) – VIH(min)

VNL = VIL(max) – VIH(max)

 

CÁC IC CỔNG LOGIC

Có rất nhiều IC loại CMOS có mă số và chức năng logic tương tự như các IC TTL chẳng hạn bên TTL IC 4 cổng nand 2 ngơ vào là 7400, 74LS00, 74AS00,... th́ bên CMOS cũng tương tự có 74C00, 74HC/HCT00, 74AC11000,... Tuy nhiên không phải tất cả bên TTL có th́ bên CMOS cũng có. CMOS cũng c̣n có những loại riêng, chẳng hạn với cổng nảy schmitt trigger ngoài 74HC/HCT14 gồm 6 cổng đảo, 74HC/HCT132 gồm 4 cổng nand 2 ngơ vào  c̣n có 4014, 4534 cũng gồm 6 cổng đảo, 4093 cũng gồm 4 cổng nand 2 ngơ vào; hay 4066 là cổng truyền 2 chiều số tương tự vv...

H́nh 1.74 là sơ đồ chân ra của một số cổng logic loại 4000 cũng hay dùng

<về đầu trang>

- Hệ thống số

- Đại số Boole và ứng dụng

- Vi mạch số họ TTL

- Vi mạch số họ CMOS

- Sử dụng cổng logic

- Giao tiếp TTL - CMOS