Ποια είναι η σχέση μεταξύ HCMOS και LVCMOS;
Από την προοπτική της εξέλιξης και της ταξινόμησης της τεχνολογίας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, τα CMOS, HCMOS και LVCMOS δεν έχουν απλή παράλληλη ή υποκατάστατη σχέση. Αντίθετα, σχηματίζουν ένα ιεραρχικό σύστημα που κατηγοριοποιείται με βάση διαφορετικές διαστάσεις και επικαλύψεις χαρακτηριστικών.
Η βασική σχέση μπορεί να οριστεί ως εξής: Το LVCMOS δεν είναι η επόμενη-διάδοχος γενιάς του HCMOS, αλλά μάλλον ένας κύριος κλάδος που ταξινομείται από τον "τομέα τάσης". Όσον αφορά την απόδοση, οι σύγχρονες συσκευές LVCMOS έχουν ξεπεράσει πλήρως τις πρώιμες συσκευές HCMOS. Τα δύο ανήκουν σε έννοιες σε διαφορετικές διαστάσεις και ενσωματώνονται σε μεγάλο βαθμό στις σύγχρονες τεχνολογίες.
1. Βασικό ίδρυμα: Τεχνολογία CMOS
Η τεχνολογία CMOS χρησιμεύει ως βάση για όλες τις επόμενες παραλλαγές. Το καθοριστικό χαρακτηριστικό του είναι η χρήση συμπληρωματικών P-MOS και N-MOSFET για το σχηματισμό μετατροπέων ή άλλων λογικών πυλών, επιτυγχάνοντας θεωρητικά μηδενική κατανάλωση στατικής ισχύος. Όλες οι συσκευές HCMOS και LVCMOS που αναφέρονται εδώ μοιράζονται αυτό το θεμελιώδες χαρακτηριστικό.
2. Τεχνολογική Εξέλιξη Βασισμένη σε Γενιές Απόδοσης (Κύρια Διάσταση)
Αυτή η διάσταση ταξινομείται βάσει χρόνου και απόδοσης, αντανακλώντας τις εξελίξεις στις διαδικασίες παραγωγής.
Παραδοσιακό CMOS (π.χ. Σειρά 4000)
Χαρακτηριστικά: Υιοθετεί διαδικασίες παραγωγής πρώιμου-σταδίου με μεγάλα μεγέθη χαρακτηριστικών και υψηλή παρασιτική χωρητικότητα. Προσφέρει μεγάλο εύρος τάσης λειτουργίας (3–15 V), αλλά υποφέρει από μεγάλες καθυστερήσεις μετάδοσης (της τάξης των ~ 100ns), χαμηλή ταχύτητα και χαμηλή ικανότητα οδήγησης εξόδου.
HCMOS (CMOS υψηλής-Ταχύτητας)
Χαρακτηριστικά: Με την αναλογική κλιμάκωση των διαστάσεων του τρανζίστορ, η παρασιτική χωρητικότητα και η χωρητικότητα πύλης των συσκευών μειώνονται σημαντικά. Αυτή η βελτίωση μειώνει δραστικά τις καθυστερήσεις διάδοσης (της τάξης των ~10ns) διατηρώντας παράλληλα χαμηλή στατική κατανάλωση ενέργειας. Η ικανότητα οδήγησης εξόδου του είναι επίσης σημαντικά βελτιωμένη.
Ακαδημαϊκή Τοποθέτηση: Το HCMOS αντιπροσωπεύει έναν ιστορικό τεχνολογικό κόμβο. Σήμανε το σημείο όπου η τεχνολογία CMOS πέτυχε και ξεπέρασε την ταχύτητα της κυρίαρχης λογικής TTL εκείνη την εποχή, καθιερώνοντας τα ολοκληρωμένα πλεονεκτήματα του CMOS τόσο στην απόδοση όσο και στην κατανάλωση ενέργειας. Ο τυπικός αντιπρόσωπός του είναι η σειρά 74HC που λειτουργεί με 5V-. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το HCMOS είναι η συντομογραφία του CMOS υψηλής-Ταχύτητας και όχι του CMOS υψηλής-Τάσης. Σε πρακτικές εφαρμογές, ο όρος Υψηλή-Τάση CMOS χρησιμοποιείται σπάνια. εάν είναι απαραίτητο, θα πρέπει να συντμηθεί ως HVCMOS.
3. Ταξινόμηση αρχιτεκτονικής με βάση την τάση τροφοδοσίας (Άλλη διασταύρωση-)
Αυτή η διάσταση είναι τυποποιημένη από την τάση τροφοδοσίας και επικαλύπτεται με τη διάσταση-που βασίζεται στην απόδοση.
5V CMOS
Περιλαμβάνει τα πρώτα παραδοσιακά CMOS και τις περισσότερες συσκευές HCMOS (π.χ. σειρά 74HC). Αυτός ήταν ο πρώτος ευρέως τυποποιημένος τομέας τάσης.
Χαμηλής-CMOS τάσης
Ορισμός: Ένας γενικός όρος για όλες τις λογικές οικογένειες CMOS με τάσεις λειτουργίας σημαντικά χαμηλότερες από το πρότυπο 5V. Η ανάπτυξή του βασίζεται κυρίως στη βελτιστοποίηση της δυναμικής κατανάλωσης ενέργειας, καθώς η δυναμική κατανάλωση ισχύος ενός κυκλώματος είναι ανάλογη με το τετράγωνο της τάσης τροφοδοσίας.
Υποκατηγορίες: Το LVCMOS υποδιαιρείται περαιτέρω ανά τάση για να σχηματίσει μια σειρά προτύπων:
3,3V (LVCMOS): π.χ. σειρά 74LVC
2,5V, 1,8V, 1,5V, 1,2V, κ.λπ.: Καθώς οι κόμβοι διεργασίας προχωρούν, οι τάσεις λειτουργίας συνεχίζουν να μειώνονται.
Συνεργασία και Σύγχρονη Ένταξη
Ιστορική υποταγή: Στην ιστορία της τεχνολογικής ανάπτυξης, το HCMOS (π.χ. 74HC) είναι μια υποκατηγορία απόδοσης της τεχνολογίας CMOS.
Διασταυρούμενη-Επικάλυψη διαστάσεων: Το HCMOS (με έμφαση στην ταχύτητα) και το LVCMOS (με έμφαση στην τάση) είναι έννοιες που βασίζονται σε διαφορετικά κριτήρια ταξινόμησης. Ένα μόνο τσιπ μπορεί να ανήκει και στις δύο κατηγορίες ταυτόχρονα.
Για παράδειγμα, η σειρά 74HC είναι 5V HCMOS.
Η σειρά 74LVC είναι 3,3V LVCMOS, ενώ η απόδοση της ταχύτητας γενικά ξεπερνά αυτή της σειράς 74HC. Έτσι, το 74LVC είναι και LVCMOS και πληροί πλήρως το χαρακτηριστικό "υψηλής-ταχύτητας".
Σύγχρονη Ένταξη και Εξέλιξη Ορολογίας:
Στις σημερινές διεργασίες CMOS υπομικρών και βάθους-υπομικρονίου, η χαμηλή τάση έχει γίνει απαραίτητη προϋπόθεση για την επίτευξη υψηλής ταχύτητας και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Επομένως, όλα τα πρόσφατα σχεδιασμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα CMOS είναι εγγενώς "χαμηλή-τάση".
Η "Υψηλή-ταχύτητα" δεν είναι πλέον μια ετικέτα αποκλειστική για συγκεκριμένες σειρές προϊόντων, αλλά ένα καθολικό χαρακτηριστικό της σύγχρονης τεχνολογίας CMOS. Σε ακαδημαϊκές και μηχανολογικές πρακτικές, ο όρος "HCMOS" χρησιμοποιείται συχνά για να αναφέρεται γενικά σε όλα τα κυκλώματα CMOS υψηλής-απόδοσης που βασίζονται σε σύγχρονες διαδικασίες και η συντριπτική πλειονότητα αυτών των κυκλωμάτων εμπίπτει στην κατηγορία των LVCMOS.
Στο σύγχρονο πλαίσιο:
CMOS: Ως γενικός όρος για την τεχνολογία, στα σήματα εξόδου του ταλαντωτή κρυστάλλου, αναφέρεται συγκεκριμένα στην έξοδο σήματος μονού-τετραγωνικού κύματος.
HCMOS: Με την ευρεία του έννοια, περιγράφει τα χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης-των σύγχρονων κυκλωμάτων CMOS.
LVCMOS: Καθορίζει ξεκάθαρα το ηλεκτρικό πρότυπο χαμηλής τάσης λειτουργίας.
Επομένως, κατά την περιγραφή ενός "3,3V, υψηλής-σήμας CMOS", η πιο ακριβής ακαδημαϊκή έκφραση είναι: Αυτό το σήμα συμμορφώνεται με το ηλεκτρικό πρότυπο LVCMOS (π.χ. LVC) και παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά υψηλής-ταχύτητας των σύγχρονων διαδικασιών CMOS. Ως τεχνολογία ορόσημο, η βασική κληρονομιά του HCMOS-βελτίωση απόδοσης μέσω της κλιμάκωσης διεργασιών-έχει κληρονομηθεί και ξεπεραστεί από όλες τις σύγχρονες τεχνολογίες LVCMOS. Οι δύο έννοιες ανήκουν σε διαφορετικές διαστάσεις θεωρητικά και έχουν ενσωματωθεί πλήρως σε πρακτικές εφαρμογές.