Quina és la relació entre HCMOS i LVCMOS?
Des de les perspectives de l'evolució i la taxonomia de la tecnologia de circuits integrats, CMOS, HCMOS i LVCMOS no tenen una relació simple de paral·lel o de substitució. En canvi, formen un sistema jeràrquic que es categoritza en funció de diferents dimensions i superposicions de característiques.
La relació bàsica es pot definir de la següent manera: LVCMOS no és el successor-de propera generació d'HCMOS, sinó una branca important classificada pel "domini de tensió". Pel que fa al rendiment, els dispositius LVCMOS moderns han superat completament els primers dispositius HCMOS. Tots dos pertanyen a conceptes en diferents dimensions i estan molt integrats en les tecnologies contemporànies.
1. Core Foundation: Tecnologia CMOS
La tecnologia CMOS serveix de base per a totes les variants posteriors. La seva característica definitòria és l'ús de P-MOS i N-MOSFET complementaris per formar inversors o altres portes lògiques, aconseguint teòricament un consum d'energia estàtica nul. Tots els dispositius HCMOS i LVCMOS tractats aquí comparteixen aquesta característica fonamental.
2. Evolució de la tecnologia basada en generacions de rendiment (dimensió primària)
Aquesta dimensió es classifica per temps i rendiment, reflectint els avenços en els processos de fabricació.
CMOS tradicional (p. ex., sèrie 4000)
Característiques: adopta processos de fabricació-en fase inicial amb grans mides de característiques i una gran capacitat parasitària. Ofereix un ampli rang de tensió de funcionament (3–15 V), però pateix llargs retards de propagació (de l'ordre de ~ 100 ns), velocitat baixa i capacitat de conducció de sortida feble.
HCMOS (CMOS d'-alta velocitat)
Característiques: reduint proporcionalment les dimensions del transistor, es redueixen significativament la capacitat paràsit i la capacitat de la porta dels dispositius. Aquesta millora redueix dràsticament els retards de propagació (de l'ordre de ~ 10 ns) alhora que manté un baix consum d'energia estàtica. La seva capacitat de conducció de sortida també es millora molt.
Posicionament acadèmic: HCMOS representa un node tecnològic històric. Va marcar el punt en què la tecnologia CMOS va aconseguir i va superar la velocitat de la lògica TTL convencional en aquell moment, establint els avantatges integrals de CMOS tant en rendiment com en consum d'energia. El seu representant típic és la sèrie 74HC de 5V-. Cal tenir en compte que HCMOS és l'abreviatura de High-Speed CMOS, no High-Voltage CMOS. En aplicacions pràctiques, el terme CMOS d'alta tensió-poques vegades s'utilitza; si cal, s'hauria d'abreujar com a HVCMOS.
3. Classificació de l'arquitectura basada en la tensió d'alimentació (una altra dimensió transversal-)
Aquesta dimensió està estandarditzada per la tensió de subministrament i es solapa amb la dimensió basada en el rendiment-.
CMOS de 5 V
Inclou els primers dispositius CMOS tradicionals i la majoria de dispositius HCMOS (per exemple, la sèrie 74HC). Aquest va ser el primer domini de tensió àmpliament estandarditzat.
CMOS de baixa-tensió
Definició: un terme general per a totes les famílies lògiques CMOS amb tensions de funcionament significativament inferiors a l'estàndard de 5 V. El seu desenvolupament es basa principalment en l'optimització del consum d'energia dinàmica, ja que el consum d'energia dinàmica d'un circuit és proporcional al quadrat de la tensió d'alimentació.
Subcategories: LVCMOS es subdivideix encara més per tensió per formar una sèrie d'estàndards:
3,3 V (LVCMOS): per exemple, sèrie 74LVC
2,5 V, 1,8 V, 1,5 V, 1,2 V, etc.: a mesura que avancen els nodes de procés, les tensions de funcionament continuen disminuint.
Afiliació i Integració Contemporània
Subordinació històrica: en la història del desenvolupament tecnològic, HCMOS (per exemple, 74HC) és una subclasse de rendiment de la tecnologia CMOS.
Superposició transversal-dimensional: HCMOS (emfatitzar la velocitat) i LVCMOS (emfatitzar la tensió) són conceptes basats en diferents criteris de classificació. Un sol xip pot pertànyer a les dues categories simultàniament.
Per exemple, la sèrie 74HC és HCMOS de 5V.
La sèrie 74LVC és LVCMOS de 3,3 V, mentre que el seu rendiment de velocitat generalment supera el de la sèrie 74HC. Així, el 74LVC és alhora LVCMOS i compleix completament la característica d'"alta-velocitat".
Integració contemporània i evolució de la terminologia:
En els processos CMOS de submicro{0}}submicrons actuals i profunds, la baixa tensió s'ha convertit en un requisit previ per aconseguir una alta velocitat i un baix consum d'energia. Per tant, tots els circuits integrats CMOS de disseny recent són inherentment "-baix voltatge".
"Alta-velocitat" ja no és una etiqueta exclusiva d'una sèrie de productes específica, sinó una característica universal de la tecnologia CMOS moderna. En pràctiques acadèmiques i d'enginyeria, el terme "HCMOS" s'utilitza sovint per referir-se en general a tots els circuits CMOS d'alt rendiment-basats en processos moderns, i la gran majoria d'aquests circuits pertanyen a la categoria de LVCMOS.
En el context contemporani:
CMOS: com a terme paraigua per a la tecnologia, en els senyals de sortida d'oscil·ladors de cristall, es refereix específicament a la sortida del senyal d'ona quadrada d'un sol -extrem.
HCMOS: en el seu sentit ampli, descriu els -atributs d'alt rendiment dels circuits CMOS moderns.
LVCMOS: Defineix clarament l'estàndard elèctric de baixa tensió de funcionament.
Per tant, quan es descriu un "senyal CMOS d'alta-velocitat de 3,3 V", l'expressió acadèmica més precisa és: Aquest senyal compleix amb l'estàndard elèctric LVCMOS (per exemple, LVC) i presenta les característiques d'alta-velocitat dels processos CMOS moderns. Com a tecnologia de referència, el llegat bàsic d'HCMOS-la millora del rendiment mitjançant l'escala de processos-ha estat heretat i superat per totes les tecnologies LVCMOS modernes. Els dos conceptes pertanyen a dimensions diferents en teoria i s'han integrat totalment en aplicacions pràctiques.