CMOSLa tecnologa CMOS fue desarrollada porWanlassySah,deFairchild Semiconductor, a principios de los aos 60. Sin embargo, su introduccin comercial se debe aRCA, con su famosa familia lgica CD4000CMOS (del ingls Complementary Metal Oxide Semiconductor, "Metal xido Semiconductor Complementario") es una de las familias lgicas empleadas en la fabricacin de circuitos integrados (chips). Su principal caracterstica consiste en la utilizacin de conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energa es nicamente el debido a las corrientes parsitas. En la actualidad, la inmensa mayora de los circuitos integrados que se fabrican son de tecnologa CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, DSPs y muchos otros tipos de chips digitales.

La memoria CMOS es un chip que requiere de muy poca energa para mantener los datos, por lo que puede cargarse con una batera pequea y recargable que se encuentra integrada en la tarjeta madre; esta batera permite que la memoria CMOS conserve los datos de configuracin del sistema aunque se apague la computadora.

Principio de funcionamiento

Inversor esttico CMOSEn un circuito CMOS, la funcin lgica a sintetizar se implementa por duplicado mediante dos circuitos: uno basado exclusivamente en transistores pMOS, y otro basado exclusivamente en transistores nMOS. El circuito pMOS es empleado para propagar el valor binario 1 , y el circuito nMOS para propagar el valor binario 0. Vase la figura. Representa una puerta lgica NOT o inversor. Cuando la entrada es 1, el transistor nMOS est en estado de conduccin. Al estar su fuente conectada a tierra (0), el valor 0 se propaga al drenador y por tanto a la salida de la puerta lgica. El transisor pMOS, por contra, est en estado de no conduccin Cuando la entrada es 0, el transistor pMOS est en estado de conduccin. Al estar su fuente conectada a la alimentacin (1), el valor 1 se propaga al drenador y por tanto a la salida de la puerta lgica. El transisor nMOS, por contra, est en estado de no conduccin. Otra de las caractersticas importantes de los circuitos CMOS es que son regenerativos: una seal degradada que acometa una puerta lgica CMOS se ver restaurada a su valor lgico inicial 0 o 1, siempre y cuando an est dentro de los mrgenes de ruido.

Caractersticas Generales de los CMOSA) VOLTAJE DE ALIMENTACINLas series 4000 y 74C funcionan con valores de VDD, que van de 3 a 15 V, por lo que la regulacin del voltaje no es un aspecto crtico. Las series 74HC y 74RCT funcionan con un menor margen de 2 a 6 V.

B) NIVELES DE VOLTAJECuando las salidas CMOS manejan slo entradas CMOS, los niveles de voltaje de la salida pueden estar muy cercanos a 0V para el estado bajo, y a VDD para el estado alto.

C) INMUNIDAD AL RUIDOSe denomina ruido a cualquier perturbacin involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida del circuito. El ruido puede generarse externamente por la presencia de escobillas en motores o interruptores, por acoplo por conexiones o lneas de tensin cercanas o por picos de la corriente de alimentacin.

D) DISIPACIN DE POTENCIATal y como comentamos, uno de los principales motivos del empleo de la lgica CMOS es su muy bajo consumo de potencia. Cuando un circuito lgico CMOS se encuentra en esttico (sin cambiar) o en reposo, su disipacin de potencia es extremadamente baja, aumentando conforme aumenta la velocidad de conmutacin.

E) VELOCIDAD DE CONMUTACINLos CMOS, al igual que N-MOS y P-MOS, tienen que conducir capacitancias de carga relativamente.

F) SUSCEPTIBILIDAD A LA CARGA ESTTICASLas familias lgicas MOS son especialmente susceptibles a daos por carga electrosttica. Esto es consecuencia directa de la alta impedancia de entrada de estos CI. Una pequea carga electrosttica que circule por estas altas impedancias puede dar origen a voltajes peligrosos. Los CMOS estn protegidos contra dao por carga esttica mediante la inclusin en sus entradas de diodos zner de proteccin.

Caractersticas de las series CMOS

Existen varias series en la familia CMOS de circuitos integrados digitales, estudiaremos las principales caractersticas de cada una.

) Series 4000/14000Las primeras series CMOS fueron la serie 4000, que fue introducida por RCA y la serie 14000 por Motorola. La serie original es la 4000A; la 4000B representa mejora con respecto a la primera y tiene mayor capacidad de corriente en sus salidas. A pesar de la aparicin de la nueva serie CMOS, las series 4000 siguen teniendo uso muy difundido. La serie 4000A es la lnea ms usada de Circuitos Integrados digitales CMOS, contiene algunas funciones disponibles en la serie TTL 7400 y est en expansin constante. Algunas caractersticas ms importantes de esta familia lgica son:a) La disipacin de potencia de estado esttico de los circuitos lgicos CMOS es muy baja. b) Los niveles lgicos de voltaje CMOS son 0 V para 0 lgico y VDD para 1 lgico. El suministro VDD puede estar en el rango 3 V a 15 V para la serie 4000. La velocidad de conmutacin de la familia CMOS 4000A vara con el voltaje de la fuente.(consultar el apartado de los niveles de voltaje).c) Todas las entradas CMOS deben estar conectadas a algn nivel de voltaje.

) Serie 74CEsta serie CMOS su caracterstica principal es que es compatible terminal por terminal y funcin por funcin, con los dispositivos TTL que tienen el mismo nmero (muchas de las funciones TTL, aunque no todas, tambin se encuentran en esta serie CMOS). Esto hace posible remplazar algunos circuitos TTL por un diseo equivalente CMOS. Por ejemplo, 74C74 contiene dos flip-flops tipo D disparados por flanco y tiene la misma configuracin de terminales que el CI TTL 7474, que tambin ofrece dos flipflops tipo D disparados por flanco. El resto de las caractersticas son iguales a la serie 74C. Las series HC/ HCT tienen como caracterstica principal su alta velocidad.

) Serie 74HC (CMOS de alta velocidad)Esta es una versin mejor de la serie 74C. La principal mejora radica en un aumento de diez veces en la velocidad de conmutacin (comparable con la de los dispositivos de la serie 74LS de TIL). Otra mejora es una mayor capacidad de corriente en las salidas. La serie 74HC son los CMOS de alta velocidad, tienen un aumento de 10 veces la velocidad de conmutacin. La serie 74HCT es tambin de alta velocidad, y tambin es compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos TTL.

) Serie 74HCTEsta serie tambin es una serie CMOS de alta velocidad, y est diseada para ser compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos TTL, es decir, las entradas pueden provenir de salidas TTL (esto no es cierto para las dems series CMOS.)

Compuertas Bsicas

Transistor CMOSEl transistor MOS debe su nombre a la disposicin de los elementos que lo componen. Los contactos con el exterior se realizan mediante la vaporizacin de Aluminio (Metal). stos contactos estn unidos a un nico tipo de material semiconductor N o P (Semiconductor), que forman los contactos de Drenador y Fuente, que a su vez se encuentran inmersos en un material que hace de substrato del conjunto, de material contrario al semiconductor utilizado en los terminales. Por ltimo, los elementos citados se encuentran separados por una fina capa de dixido de Silicio (Aislante).

Si comenzamos a aplicar una tensin pequea al terminal de puerta (Gate) del MOS, se comienza a producir una acumulacin de cargas entre los terminales de Drenador (Drain) y Fuente (Source). Si continuamos aumentando paulatinamente esta tensin, los electrones minoritarios del substrato se comenzarn a acumular junto al aislante (SiO2). Esta acumulacin, debido a la diferencia de potencial aplicada, se estratificar en zonas o capas con diferente concentracin de electrones.

Llegar un valor de tensin a la cual, la acumulacin de electrones sea tal que forme un canal de conduccin entre los terminales de Drenador y Fuente, que hasta ahora no exista. A esta acumulacin o capa de portadores minoritarios se la denomina capa de inversin.

Una vez que hemos creado este canal de conduccin entre Drenador-Fuente y, siempre que mantengamos la tensin superior a esta VTH, el dispositivo puede funcionar como transistor, regulando y/o controlando la corriente que circule entre sus terminales.

Diferencias entre las familias CMOS y TTLLas diferencias ms importantes entre ambas familias son:a) En la fabricacin de los circuitos integrados se usan transistores bipolares par el TTL y transistoresMOSFET para la tecnologa CMOSb) Los CMOS requieren de mucho menos espacio (rea en el CI) debido a lo compacto de los transistores MOSFET. Adems debido a su alta densidad de integracin, los CMOS estn superando a los CI bipolares en el rea de integracin a gran escala, en LSI - memorias grandes, CI de calculadora, microprocesadores-, as como VLSI.c) Los circuitos integrados CMOS es de menor consumo de potencia que los TTL.d) Los CMOS son ms lentos en cuanto a velocidad de operacin que los TTL.e) Los CMOS tienen una mayor inmunidad al ruido que los TTL.f) Los CMOS presenta un mayor intervalo de voltaje y un factor de carga ms elevado que los TTL.

En resumen podemos decir que:TTL: diseada para una alta velocidad.CMOS: diseada para un bajo consumo.

Aplicaciones Son utilizados para circuitos alimentados por bateras como relojes digitales, calculadoras, telfonos celulares y computadoras se refiere a un chip de memoria del equipo alimentado con batera, donde se almacena informacin del proceso de inicio. El sistema bsico de entrada y salida (BIOS) del equipo usa esta informacin al encender el equipo.

Conclusiones Gracias al uso de transistores se solucionan los problemas que se plantean en la integracin de circuitos, ya que estos tipos de transistores (bipolares y los CMOS), toleran dicha integracin. Al combinar transistores PMOS y NMOS, en combinaciones serie y paralelo, estos permiten generar compuertas lgicas como la NOT, NOR y NAND entre otras. La tecnologa CMOS consume slo potencia dinmica lo cual hace que su consumo dependa de su frecuencia de operacin. Los dispositivos CMOS se utilizan principalmente en circuitos alimentados con batera dado a su bajo consumo de potencia.