Techniklexikon

CMOS-Technik

Engl. Abk. für complementary symmetrical MOS, komplementär-symmetrische MOS-Struktur. COSMOS. MOS-Technik, bei der sowohl — n- als auch p-Kanal- Transistoren nebeneinander auf dem gleichen Chip integriert sind. Ein in C. aufgebauter Inverter besteht aus zwei Enhancement-Transistoren mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp, die in der Art von Gegentaktstufen geschaltet werden (komplementäre Schaltungstechnik). Dabei wirken der p-Kanal-Transistor Vp als Last für den n-Kanal-Transistor Va bzw. umgekehrt Vn als Last für Vp. Bei L-Pegel am Eingang E, d. h. beim Eingangssignal (E = 0 V, leitet Vp> während VD gesperrt ist. Somit liegt am Ausgang A die Versorgungsspannung UDD an (H-Pegel). Mit zunehmender Eingangsspannung UB wird Va geöffnet, so daß UK absinkt. Wenn der Eingang sich auf H-Pegel befindet, ist Vp gesperrt und Vn geöffnet, d.h., der Ausgang liegt auf Massepotential (L-Pegel). Da beide Transistoren stets im Wechsel sperren und leiten, fließt praktisch kein Ruhestrom. Die statische Verlustleistung ist deshalb außerordentlich gering und liegt im nW-Bereich. Nur während des Umschaltvorgangs sind beide Transistoren kurzzeitig leitend, so daß ein Strom fließen kann. Die dadurch bedingte dynamische Verlustleistung ist frequenzabhängig. Sie wird hauptsächlich durch die Umladung parasitärer und Schaltungskapazitäten verursacht und nimmt mit wachsender Schaltgeschwindigkeit zu. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der C. ergeben sich aus dem In-verterprinzip: hohe Störsicherheit (die statische Störsicherheit übertrifft mit 45 % des Logikhubs selbst spezielle störsichere Schaltungsfamilien wie LSL und DTLZ); großer Versorgungsspannungsbereich zwischen 3 und 18 V, wobei spezielle (implantierte) CMOS-IS auch mit 1 V betrieben werden können; weitgehende Unabhängigkeit der Betriebsdaten über einen weiten Temperaturbereich. CMOS-Logik-IS sind (bis auf ggf. erforderliche Pull-Up-Widerstände) TTL-kompatibel (Kompatibilität), teilweise sogar Pin-kompatibel zur TTL und fast ebenso schnell. Die C. ist für batteriebetriebene Uhren und Digitalgeräte sowie für den Einsatz in der Kfz-Elektronik und in der Automatisierungstechnik besonders geeignet. Darüber hinaus wird sie in Speicherbauelementen (SRAM; ROM), Mikroprozessoren und in analogen IS (IS, analoge) angewendet. Eine Weiterentwicklung ist die HCMOS.