Jaký je vztah mezi HCMOS a LVCMOS?
Z hlediska vývoje technologie integrovaných obvodů a taxonomie nemají CMOS, HCMOS a LVCMOS jednoduchý paralelní nebo substituční vztah. Místo toho tvoří hierarchický systém, který je kategorizován na základě různých dimenzí a překrývání funkcí.
Základní vztah lze definovat takto: LVCMOS není další -generací nástupce HCMOS, ale spíše hlavní větví klasifikovanou „napěťovou doménou“. Pokud jde o výkon, moderní zařízení LVCMOS plně překonala raná zařízení HCMOS. Tyto dva patří ke konceptům v různých dimenzích a jsou vysoce integrované v současných technologiích.
1. Základní jádro: Technologie CMOS
Technologie CMOS slouží jako základ pro všechny následující varianty. Jeho definujícím rysem je použití komplementárních P-MOS a N-MOSFETů k vytvoření invertorů nebo jiných logických hradel, čímž se dosahuje teoreticky nulové statické spotřeby energie. Všechna zařízení HCMOS a LVCMOS zde diskutovaná sdílejí tuto základní charakteristiku.
2. Technologický vývoj založený na generacích výkonu (primární dimenze)
Tato dimenze je klasifikována podle času a výkonu, což odráží pokrok ve výrobních procesech.
Tradiční CMOS (např. řada 4000)
Vlastnosti: Přijímá rané{0}}fáze výrobních procesů s velkými velikostmi prvků a vysokou parazitní kapacitou. Nabízí široký rozsah provozního napětí (3–15 V), ale trpí dlouhým zpožděním šíření (řádově ~ 100 ns), nízkou rychlostí a slabou schopností řízení výstupu.
HCMOS (vysokorychlostní{0}}CMOS)
Vlastnosti: Proporcionálním zmenšením rozměrů tranzistorů se výrazně sníží parazitní kapacita a kapacita hradla zařízení. Toto vylepšení drasticky zkracuje zpoždění šíření (řádově ~10ns) při zachování nízké statické spotřeby energie. Jeho schopnost výstupního řízení je také výrazně vylepšena.
Akademické umístění: HCMOS představuje historický technologický uzel. Znamenalo to bod, kde technologie CMOS dosáhla a překonala rychlost běžné logiky TTL v té době, čímž se vytvořily komplexní výhody CMOS ve výkonu i spotřebě energie. Jeho typickým představitelem je 5V-řada 74HC. Je třeba poznamenat, že HCMOS je zkratka High-Speed CMOS, nikoli High-CMOS CMOS. V praktických aplikacích se termín High-CMOS CMOS používá jen zřídka; v případě potřeby by měl být zkrácen jako HVCMOS.
3. Klasifikace architektury na základě napájecího napětí (jiná křížová-dimenze)
Tento rozměr je standardizován podle napájecího napětí a překrývá se s rozměrem-založeným na výkonu.
5V CMOS
Zahrnuje rané tradiční CMOS a většinu zařízení HCMOS (např. řada 74HC). Jednalo se o první široce standardizovanou napěťovou doménu.
Nízkonapěťový CMOS-
Definice: Obecný termín pro všechny rodiny logických CMOS s provozním napětím výrazně nižším, než je standard 5V. Jeho vývoj je primárně poháněn dynamickou optimalizací spotřeby energie, protože dynamická spotřeba obvodu je úměrná druhé mocnině napájecího napětí.
Podkategorie: LVCMOS se dále dělí podle napětí a tvoří řadu standardů:
3,3V (LVCMOS): např. řada 74LVC
2,5 V, 1,8 V, 1,5 V, 1,2 V atd.: Jak procesní uzly postupují, provozní napětí nadále klesá.
Afiliace a současná integrace
Historická podřízenost: V historii technologického vývoje je HCMOS (např. 74HC) výkonnostní podtřídou technologie CMOS.
Cross{0}}Dimensional Overlap: HCMOS (zdůraznění rychlosti) a LVCMOS (zdůraznění napětí) jsou koncepty založené na různých klasifikačních kritériích. Jeden čip může patřit do obou kategorií současně.
Například řada 74HC je 5V HCMOS.
Řada 74LVC je 3,3V LVCMOS, přičemž její rychlostní výkon obecně převyšuje řadu 74HC. 74LVC je tedy jak LVCMOS, tak plně splňuje charakteristiku „vysoké-rychlosti“.
Současná integrace a vývoj terminologie:
V dnešních submikronových a hlubokých-submikronových CMOS procesech se nízké napětí stalo nezbytným předpokladem pro dosažení vysoké rychlosti a nízké spotřeby energie. Všechny nově navržené integrované obvody CMOS jsou proto ze své podstaty „nízko{2}}napěťové“.
„Vysoká-rychlost“ již není označení výhradně pro konkrétní produktovou řadu, ale univerzální funkce moderní technologie CMOS. V akademické a inženýrské praxi se termín „HCMOS“ často obecně používá k označení všech vysoce{2}}výkonných obvodů CMOS založených na moderních procesech a velká většina těchto obvodů spadá do kategorie LVCMOS.
V současném kontextu:
CMOS: Jako zastřešující termín pro tuto technologii se ve výstupních signálech krystalového oscilátoru konkrétně odkazuje na výstup signálu obdélníkového tvaru s jednoduchým{0}}koncem.
HCMOS: V širokém slova smyslu popisuje vlastnosti vysokého{0}}výkonu moderních obvodů CMOS.
LVCMOS: Jasně definuje elektrický standard nízkého provozního napětí.
Při popisu „3,3V, vysokorychlostního signálu CMOS-“ je tedy přesnější akademický výraz: Tento signál odpovídá elektrickému standardu LVCMOS (např. LVC) a vykazuje vysokorychlostní charakteristiky moderních procesů CMOS. Jako přelomová technologie bylo základní starší -zlepšení výkonu prostřednictvím škálování procesů- zděděno a překonáno všemi moderními technologiemi LVCMOS. Tyto dva koncepty teoreticky patří do různých dimenzí a byly plně integrovány do praktických aplikací.