اليوم: الثلاثاء 22 يونيو 2021 , الساعة: 4:15 م


اعلانات
محرك البحث




العائلة المنطقية cmos العائلة المنطقية

آخر تحديث منذ 1 يوم و 11 ساعة 189 مشاهدة

اعلانات
عزيزي زائر الموقع تم إعداد وإختيار هذا الموضوع العائلة المنطقية cmos العائلة المنطقية فإن كان لديك ملاحظة او توجيه يمكنك مراسلتنا من خلال الخيارات الموجودة بالموضوع.. وكذلك يمكنك زيارة القسم وتصفح المواضيع المتنوعه... آخر تحديث للمعلومات بتاريخ اليوم 21/06/2021

العائلة المنطقية


مقدمة


تتكون الدارات التكاملية من عدد من العائلات المنطقية تختلف فيما

بينها بنوع العناصر النصف الناقلة فيها وبكفية توصيل هذه

العناصر مع بعضها البعض لتشكيل البوابات.

و من هذه العائلات العائلة المنطقية CMOS وهي اختصاراً لـ

Compl entary Metal Oxide S iconductor


أي شبه موصل أكسيد الفلز المكمـِّل

ويعد فئة كبيرة من الدوائر المدمجة. تحتوي شريحة CMOS على معالج دقيق ومتحكم دقيق و ذاكرة وصول عشوائي ودوائر أخرى للمنطق الرقمي. الطابع المركزي للتكنولوجيا هو أنها تستخدم طاقة هائلة عندما تتغير حالة الترانزستور بها بين وضع التشغيل والإغلاق. بالتالي فإن CMOS يستخدم قدر صغيرة من الطاقة ولا تنتج قدر هائل من الحرارة كالذي تنتجه دوائر منطقية أخرى. يستطيع CMOS أيضـًا أن يخزن سعة عالية من الوظائف المنطقية على الشريحة.

تشير كلمة المكمـِّل إلى أن تصميمه يستخدم زوج من مقحل الترانزستور

للوظائف المنطقية، ويتم استخدام أحدهما فقط في المرة الواحدة.

العبارة شبه موصل أكسيد الفلز تشير إلى طبيعة عملية التصنيع التي تستخدم أصلاً لبناء شرائح CMOS. أنتجت هذه العملية ترانزستور متأثر بالمجال (Field Effect Transistors) له قطب كهربائي (إلكترود) ذو بوابة فلزية (معدنية)، توضع بأعلى العازل المؤكسد والذي في المقابل يوجد بأعلى المادة الخام لشبه الموصل. أما اليوم فتصنع أقطاب البوابات من مادة مختلفة وهي البولي-سيليكون، وذلك بدلاً من استخدام المعادن، وبالرغم من ذلك فما زال الاسم سيمـُس يستخدم لوصف السلالات الحديثة للعملية الأصلية.

أحياناً تعرف الشريحة التي تحتوي على عدد كبير من ترانزستورات CMOS والتي يتم تجميعها بإحكام بتشيمـُس وهو لفظ إنجليزي للاختصار

Compl entary High-Density Metal Oxide S iconductor أي شبه موصل أكسيد الفلز المكمـِّل العالي السعة


. يعبر عن CMOS أحياناً بـِ

compl entary-symmetry metal–oxide–s iconductor



إنّ العبارة compl entary-symmetry تشير إلى حقيقة أنّ نموذج التصميم الرقمي مع CMOS


تستخدم أزواج مكملة ومتناسقة من نوع p وn في ترانزستورات (MOSFETs) لوظائف المنطق.

تحتوي هذه العائلة على ترانزستورات (MOS) بقناة n وقناة p عل نفس الشريحة وتستخدم في دارات (LSI) (SSI) (MSI)و تستخدم في العديد من الرقائق مثل المعالج المصغر وRAM الستاتيكية. وغيرها من الدارات المنطقية الرقمية. لكن عيب هذه العائلة هو بطؤها النسبي وعدم قدرتها على إعطاء تيار كافٍ على مخرجها للتحكم في دارات من نوع آخر (فقط يمكن التحكم بدارات (CMOS) لذا لا تستخدم دارات CMOSمن النوع (SSI) (MSI) في كثير من التطبيقات العامة.و من مزايا هذه العائلة عدم الحاجة إلى استخدام مقاومات على الشريحة السيليكونية.


ميزات العائلة CMOS


لهذه العائلة ميزات عديدة منها


1.انخفاض الكلفة.


2.استهلاك منخفض للقدرة.


3.أداء مقاوم للضجيج.


4.ممانعة دخل عالية جداً.


5.تتوفر فيها عناصر جديدة مثل المفتاح التشابهي الذي لا يوجد في العائلات الأخرى.


6.يمكن تغذية دارات هذه العائلة بجهود تتراوح بين(3_15) V.


تتميز عائلة CMOS بإمكانية تغذية داراتها بجهد يتراوح بين 3 و15 فولط وبأنّ تيار الدخل اللازم لقيادة البوابة صغير جداً ويساوي عادةً إلى (1 PA) أو أقل وبنا أنّ قيمة تيار الخرج تساوي (1MA) على الأقل فإنّ قدرة التحميل لهذه البوابات كبيرة جداً.مع ذلك لا يستفيد المصممون من هذه القدرة بشكل كامل وذلك للحفاظ على سرعة البوابة.فكل إضافة لبوابة على المخرج تزيد من الحمولة السعوية وبالتالي تزيد من زمن تأخر الانتشار للبوابة.

فإذا كانت سعة الدخل للبوابة تتراوح ما بين (5-10 PF) فإنّ وصل خمسة بوابات على الخرج سيؤدي إلى تحميل البوابة القائدة بحمولة سعوية تتراوح ما بين (25-50 PF) مما يؤدي في حال تغذية البوابة بـ 5 فولط إلى تأخير زمني يتراوح ما بين (50-100NS) وهذا أطول بكثير من زمن التأخير لبوابات الـ TTL المحملة بنفس الحمولة.

يبلغ هامش الضجيج لدارات CMOS (1V) وذلك في حال تغذيتها بـ (5V) ويصبح هذا الهامش أكبر عند تغذيتها بجهد أكبر.

من الصفات الهامة لعائلة CMOS أنّ الطاقة المستهلكة من البوابة عندما يكون خرجها على مستوى منطقي ثابت صغير جداً.بحيث يمكن اعتبارها مساوية للصفر.و يعتمد مقدار هذه الطاقة على تردد الانتقال والحمولة السعوية وجهد التغذية.فمثلاً عند تردد انتقال قدره (10^5 HZ) وحمولة سعوية قدرها (50PF) وجهد تغذية فدره(5V) تبلغ الطاقة المبددة (0.2  mW) للبوابة الواحدة.وهذا أصغر بكثير من استهلاك بوابات الـ TTL

.لذلك عندما تكون سرعة العمل المطلوبة أقل من سرعة بوابات الـ TTL من المفيد في كثير من الأحيان استخدام بوابات CMOS الأقل كلفة واستهلاكاً للطاقة.

عندما تستخدم بوابة الـ TTL لقيادة بوابات الـ CMOS ليست هناك مشكلة لتأمين التيار الكافي لقيادة عدة بوابات CMOS.لكن جهد الخرج لبوابة الـTTL لن يكون كافياً على الرغم من تغذية العائلتين بنفس جهد التغذية (5 V)

لذلك يجب لتأمين الجهد الكافي لقيادة بوابات الـ CMOS وصل مقاومتين ما بين القطب الموجب لجهد التغذية (5 V)و مخرج بوابة الـTTL

و عندما تستخدم بوابة CMOSلقيادة بوابات الـ TTL فإنّ المشكلة ليست في مستوى الجهد الذي تعطيه بوابة الـCMOS والذي يعتبر مناسباً لبوابات الـ TTL وإنما في التيار الذي يمكن أن يعطيه مخرج بوابة الـ CMOS فالعائلة 4000لا تستطيع بشكل عام تأمين التيار اللازم لقيادة أي بوابة TTL.لذلك يجب استخدام دارات عزل مناسبة بين البوابة القائدة والمقادة للتغلب على هذه المشكلة.


لمحة عن تاريخ التطوير


اخترعت دارات CMOS في عام 1963 من قبل Frank Wanlass.

إنّ دارات CMOS التكاملية الأولى صنعت في عام 1968 عن طريق مجموعة تحت قيادة Albert Medwin.

وجدتCMOS متبنون أوائل في صناعة الساعة والحقول الأخرى حيث كانت حياة البطارية أكثر أهمية وبعد حوالي خمسة وعشرون سنة أصبحت CMOS التقنية السائدة في الدارات التكاملية الرقمية.

في البداية كانت دارات CMOS معرضة جداً للضرر من

ESD electrostatic discharge

ولكن الأجيال اللاحقة كانت مزودة بمجموعة من دارات الحماية المتورطة التي تساعد على امتصاص الشحنات الكهربائية دون أن تسبب أي ضرر.

و من ناحية أخرى الأجيال المبكرة مثل 4000 series التي استعملت الألمنيوم كمادة للبوابة كانت تتحمل التغيرات في الجهد(3-15 V) في التيار المستمر.

ولعدة سنوات صمم منطق CMOS للعمل بـ (5 V) والذي فرض من قبل TTL.

وبحلول عام 1990 انخفاض تبديد الطاقة أكثر أهمية من التوصيل السهل إلى TTL.



البوابات المنطقية من النوع CMOS


بوابة NAND





  • الدارة في الأسفل تمتلك مدخلين وخرج وحيد.

  • عندما يكون مدخل واحد على الأقل(منخفض) في المستوى المنطقي صفر فإنّ الترانزستور المكافئ من النوع p سوف يتم وصله بينما الترانزستور من نوع n سوف يغلق.

  • وبناءً على ذلك فإنّ جهد الخرج سوف يكون (مرتفع) في المستوى المنطقي واحد.

  • وبشكل معاكس إذا كان كلا المدخلين في المستوى المنطقي واحد فإنّ كلا الترانزستورين من النوع p في أعلى الدارة سوف يتحولوا لقاطعين مفتوحين وكلا الترانزستورين من النوع n سوف يكونا موصولين(سلك).

  • لذلك فإن جهد الخرج سوف يكون منخفض.

  • وظيفة هذه البوابة يمكن أن تلخص بالجدول التالي


1

!OUTPUT

!V2

!V1

-

high

low

low

- bgcolor EFEFEF

high

high

low

-

high

low

high

- bgcolor EFEFEF

low

high

high

-




للحصول على بوابة CMOS AND يتم وضع دارة العاكس CMOS على خرج بوابة CMOS NAND.


بوابة NOR





  • الدارة في الأسفل تمتلك مدخلين وخرج وحيد.

  • عندما يكون مدخل واحد على الأقل(مرتفع) في المستوى المنطقي واحد فإنّ الترانزستور المكافئ من النوع p سوف يكون قاطع مفتوح بينما الترانزستور من نوع n سوف يغلق.

  • وبناءً على ذلك فإنّ جهد الخرج سوف يكون (منخفض) في المستوى المنطقي صفر.

  • وبشكل معاكس إذا كان كلا المدخلين في المستوى المنطقي صفر فإنّ كلا الترانزستورين من النوع p في أعلى الدارة سوف تصبح دارات مغلقة وكلا الترانزستورين من النوع n سيصبحان قاطعين مفتوحين.

  • لذلك فإن جهد الخرج سوف يكون مرتفع.

  • وظيفة هذه البوابة يمكن أن تلخص بالجدول التالي


1

!OUTPUT

!V2

!V1

-

high

low

low

- bgcolor EFEFEF

low

high

low

-

low

low

high

- bgcolor EFEFEF

low

high

high

-




ويتم الحصول على بوابة CMOS OR بنفس طريقة CMOS AND.


العاكس CMOS




  • الدارة في الأسفل هي أبسط بوابة في منطق CMOS

  • عندما يكون جهد الدخل(0 V) الترانزستور في الأعلى والذي هو من النوع P سوف يتم وصله (قاطع مغلق) بينما الترانزستور في الأسفل سوف يعمل كدارة مفتوحة.

  • لذلك سوف يظهر جهد التغذية على الخرج.

  • وبشكل معاكس عندما يتم إدخال جهد مرتفع (5 V) على الدخل الترانزستور في الأسفل من النوع n سوف يتم وصله(قاطع مغلق) بينما الترانزستور في الأعلى سوف يعمل كدارة مفتوحة.

  • لذلك فإنّ جهد الخرج يكون منخفض(0 V).

  • وظيفة هذه البوابة يمكن أن تلخص بالجدول التالي


1

!OUTPUT

!INPUT

-

منخفض

عالي

- bgcolor EFEFEF

عالي

منخفض






  • الخرج عكس الدخل هذه البوابة تعكس الدخل.

  • لاحظ انّه بشكل دائم يكون أحد الترانزستورين عبارة عن دارة مفتوحة وبالتالي لا يمر أي تيار في الدارة في كلتي الحالتين.



في جميع دارات CMOS لا يمر أي تيار في جميع الحالات المستقرة ولا تستهلك أي طاقة في حالات الاستقرار.


بشكل عام


نستطيع أن نقول أن ّأي عائلة منطقية أو أي طراز في العائلة يتميز بواسطة أربع صفات وهي


1. زمن تأخير الانتشار.


2. الاستطاعة المستهلكة.


3. قدرة التحميل.


4. هامش الضجيج.


الروبط الخارجية




  • العائلة المنطقية CMOS

  • العائلة المنطقية CMOS



تصنيف دارات رقمية






شاركنا رأيك

 
التعليقات

لم يعلق احد حتى الآن .. كن اول من يعلق بالضغط هنا

أقسام الموقع المتنوعة أوجدت لخدمة الزائر ليسهل عليه تصفح الموقع بسلاسة وأخذ المعلومات تصفح هذا الموضوع العائلة المنطقية cmos العائلة المنطقية ويمكنك مراسلتنا في حال الملاحظات او التعديل او الإضافة او طلب حذف الموضوع ...آخر تعديل اليوم 21/06/2021



شاهد الجديد لهذه المواقع
شاهد الجديد لهذه المواقع
شاهد الجديد لهذه المواقع
آخر الزيارات
موضوعات مختارة