CMOS集成电路的性能及特点.doc

1、CMOS 集成电路的性能及特点功耗低CMOS 集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。实际上，由于存在漏电流，CMOS 电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为 20mW，动态功耗（在 1MHz 工作频率时）也仅为几 mW。l 工作电压范围宽CMOS 集成电路供电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。国产 CC4000 系列的集成电路，可在318V 电压下正常工作。l 逻辑摆幅大CMOS 集成电路的逻辑高电平“1” 、逻辑低电平“0” 分别接近于电源高电位 VDD 及电影低电位 VSS。当VDD=15

2、V，VSS=0V 时，输出逻辑摆幅近似 15V。因此，CMOS 集成电路的电压电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。l 抗干扰能力强CMOS 集成电路的电压噪声容限的典型值为电源电压的 45%，保证值为电源电压的 30%。随着电源电压的增加，噪声容限电压的绝对值将成比例增加。对于 VDD=15V 的供电电压（当 VSS=0V 时），电路将有7V 左右的噪声容限。l 输入阻抗高CMOS 集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护网络，故比一般场效应管的输入电阻稍小，但在正常工作电压范围内，这些保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流，通常情况下，等效

3、输入阻抗高达 1031011，因此 CMOS 集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。l 温度稳定性能好由于 CMOS 集成电路的功耗很低，内部发热量少，而且，CMOS 电路线路结构和电气参数都具有对称性，在温度环境发生变化时，某些参数能起到自动补偿作用，因而 CMOS 集成电路的温度特性非常好。一般陶瓷金属封装的电路，工作温度为-55 +125；塑料封装的电路工作温度范围为-45 +85。l 扇出能力强扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数来表示的。由于 CMOS 集成电路的输入阻抗极高，因此电路的输出能力受输入电容的限制，但是，当 CMOS 集成电路用来驱动同类型，如不考虑速度，一般可以驱动

4、50 个以上的输入端。l 抗辐射能力强CMOS 集成电路中的基本器件是 MOS 晶体管，属于多数载流子导电器件。各种射线、辐射对其导电性能的影响都有限，因而特别适用于制作航天及核实验设备。l 可控性好CMOS 集成电路输出波形的上升和下降时间可以控制，其输出的上升和下降时间的典型值为电路传输延迟时间的 125%140%。l 接口方便因为 CMOS 集成电路的输入阻抗高和输出摆幅大，所以易于被其他电路所驱动，也容易驱动其他类型的电路或器件CCD 与 CMOS 的区别 从技术的角度比较，CCD 与 CMOS 有如下四个方面的不同： 1.信息读取方式 CCD 电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控

5、制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。CMOS 光电传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号，信号读取十分简单。 2.速度 CCD 电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而 CMOS 光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比 CCD 电荷耦合器快很多。 3.电源及耗电量 CCD 电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS 光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为 CCD 电荷耦合器的 1/8 到 1/10，CMOS 光电传感器在

6、节能方面具有很大优势。 4.成像质量 CCD 电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用 PN 结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS 光电传感器有一定优势。由于 CMOS 光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使 CMOS 光电传感器很长一段时间无法进入实用。近年，随着 CMOS 电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的 CMOS 图像传感器提供了良好的条件。 CCD 与 CMOS 两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上都是不同的： 1.内部结构（传感器本身的结构） CCD 的成像点为 XY 纵横

7、矩阵排列，每个成像点由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。光电二极管将光线（光量子）转换为电荷（电子），聚集的电子数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时，各行数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中。每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器传感。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。但是生产 CCD 需采用时钟信号、偏压技术，因此整个构造复杂，增大了耗电量，也增加了成本。 CMOS 传感器周围的电子器件，如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS 传感器的构造如同一个存储器，每个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转

8、换单元、一个重新设置和选择晶体管，以及一个放大器，覆盖在整个传感器上的是金属互连器（计时应用和读取信号）以及纵向排列的输出信号互连器，它可以通过简单的 XY 寻址技术读取信号。 2.外部结构（传感器在产品上的应用结构） CCD 电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而 CMOS 光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比 CCD 电荷耦合器快很多。 CMOS 光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将数字相机的所有部件集成到一块芯片上，如光敏元件、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器及控制

9、器等，都可集成到一块芯片上，还具有附加 DRAM 的优点。只需要一个芯片就可以实现很多功能，因此采用 CMOS 芯片的光电图像转换系统的整体成本很低。彩虹彩虹是气象中的一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨点，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光谱。彩虹的七彩颜色究竟是哪七种有不同的说法，中国最普遍的说法是（从外至内）：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。西方的说法是：红、橙、黄、绿、蓝、靛 (Indigo)、紫，源于科学家牛顿分解七原色后取的名字。 其实只要有空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象。彩虹最常在下午，雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而

10、充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可以人工制造彩虹。 晚虹是一种罕见的现象，在月光强烈的晚上可能出现。由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分办颜色，故此晚虹看起来好像是全白色。 编辑 原理 造成彩虹的光学原理彩虹是因为阳光射到空中接近圆型的小水滴，造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以 40 至 42 度的反射最为强烈，造成我们所见到的彩虹。造成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，

11、然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来，红光在最上方，其他颜色在下。 双重彩虹，上方为霓，下方为虹很多时候会见到两条彩虹同时出现，在平常的彩虹外边出现同心，但较暗的副虹(又称霓) 。副虹是阳光在水滴中经两次反射而成。两次反射最强烈的反射角出现在 50至 53，所以副虹位置在主虹之外。因为有两次的反射，副虹的颜色次序跟主虹反转，外侧为蓝色，内侧为红色。副虹其实一定跟随主虹存在，只是因为它的光线强度较低，所以有时不被肉眼察觉而已（参看)。 彩虹其实并非出现在半空

12、中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置，会随著观察者而改变。当观察者看到彩虹时，它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其实是被水滴反射，放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，刚好是观察者头部影子的方向，虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上 40至 42的位置。因此当太阳在空中高于 42 度时，彩虹的位置将在地平线以下而不可见。这亦是为甚么彩虹很少在中午出现的原因。 彩虹由一端至另一端，横跨 84。以一般的 35mm 照相机，需要焦距为 19mm 以下的广角镜头才可以用单格把整条彩虹拍下。倘若在飞机上，会看见彩虹会是完整的圆形而不是拱形，而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向。 苏格兰上空的双重彩虹 1307 年时欧洲已有人提出彩虹是由水滴对阳光的折射及反射而造成。笛卡尔在 1637 年发现水滴的大小不会影响光线的折射。他以玻璃球注入水来进行实验，得出水对光的折射指数，用数学证明彩虹的主虹是水点内的反射造成，而副虹则是两次反射造成。他准确计算出彩虹的角度，但未能解释彩虹的七彩颜色。 后来牛顿以玻璃菱镜展示把太阳光散射成彩色之后，关于彩虹的形成的光学原理全部被发现。