CMOSの意味や特徴

【初心者向け】CMOSの「意味」や「特徴」について解説します!

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困っている人

電子回路で『CMOS』という用語がよく出てくる。
どんな意味なんだろう?

こんな疑問を解消します。

『CMOS』とは、PチャネルとNチャネルのMOSFETを「相補的に」組み合せたデジタル回路の一種です。

コンピュータのCPUを構成する基本回路としてよく利用されており、広く普及しています。

そこで今回は、CMOSの「意味」や「特徴」について解説していきます!
 

本記事の内容・ CMOSとは
・ デジタル回路の『CMOSレベル』
・ ファンアウト
・ ファンアウト算出の具体例
・ まとめ
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CMOSとは

電子回路
CMOSとは、『PチャネルとNチャネルのMOSFETを「相補的に」組み合せたデジタル回路の一種』であり、様々な機器の電子回路で使用されています。

『Complementary Metal Oxide Semiconductor』の略であり、以下の特徴があります。

【CMOSの特徴】

・電源は3V ~ 16V

・電源が『Vdd』と定義される

・ノイズに強い

・消費電力が小さい(発熱が小さい)

 
 
とりあえず以上の特徴を頭に入れておきましょう。

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もっぷ

続いて、デジタル回路における『CMOSレベル』について説明していきます。

 

デジタル回路の『CMOSレベル』

波形測定
『CMOSレベル』とは、CMOSが動作する信号レベルのことを意味します。

以下に、デジタル回路で『0』と『1』の2つの状態をどのように判断するか示します。

  “0”と認識する電圧範囲 “1”と認識する電圧範囲
入力電圧 0.3 × Vdd 0.7 × Vdd
出力電圧 0.15 × Vdd 0.85 × Vdd

 
以上のように、CMOS ICは『入出力の電圧レベルと論理が電源電圧によって変わる』ため、CMOS IC間で信号をやり取りする際は、電圧変換が必要な場合もあります。

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もっぷ

電圧によって、『0』or『1』を判断するのです。

 

ファンアウト

電子基板
ファンアウトとは、『CMOSの出力1端子に対して接続可能なCMOSの入力端子数』を意味します。

入出力の容量をもとに算出することができます。

【ファンアウトの算出】

ファンアウト = 出力容量 / 入力容量

 
 
CMOSには電流が流れないため、電流ではなく負荷容量によってファンアウトが決定します。(TTLは電流で決まる)

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もっぷ

ファンアウトを超える容量を接続すると波形がなまり,伝搬時間が遅くなってしまいます。

 

ファンアウト算出の具体例

費用
では、具体的に計算してみましょう。

【前提条件】

出力容量 = 50pF

入力容量 = 5pF

【ファンアウト算出結果】

ファンアウト = 50pF / 5pF = 10

 

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もっぷ

以上のように、計算自体はすごく簡単です。

 

まとめ

まとめ
いかがでしたでしょうか。

電子回路を扱う上でCMOSは必須の知識です。

この記事が、皆様のお役に立てば幸いです。

\クランプ回路・ブートストラップ回路など/

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