ICの仕様書で「CMOSレベル」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レベル」とは、P-ch/N-ch MOSFETで構成されたCMOSを用いたICの『入出力閾値電圧』です。
多くのICがCMOSで構成されているため、電子回路設計者ならCMOSレベルは必ず覚える必要があります。
そこで今回は、『CMOSレベル』について解説していきます！
・ デジタル回路のCMOSレベル
・ 異なる電源電圧のCMOS-IC間の入出力
・ CMOSの関連知識
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CMOSとは
CMOSとは、『P-ch/N-ch MOSFETを相補的に組み合せたデジタル回路の一種』であり、コンピュータをはじめとした様々な電子機器で使用されています。
「Complementary Metal Oxide Semiconductor」を略しており、以下の特徴があります。
・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。
CMOSの基礎知識を得たい方は、下記をご覧ください。
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続いて、「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
「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 ~ 0.30 × Vdd | 0.70 × Vdd ~ Vdd |
| 出力電圧 | 0 ~ 0.15 × Vdd | 0.85 × Vdd ~ 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るのです。
続いて、電源電圧が異なるCMOS-IC間で信号をやり取りする際の問題例を説明します。
異なる電源電圧のCMOS-IC間の入出力
上図のように、3V電源ICから5V電源ICにHi信号を送信しようとする場合を考えてみましょう。
残念ながら、3V × 0.85 = 2.55V < 5V × 0.70 = 3.5Vであるため、閾値電圧を満たせません。
このように、電源電圧が異なると、正常に入出力判定できないことがあります。
それに対して、TTLなら電源電圧が異なっていても、正常に入出力判定で可能です。
TTLについては、以下の記事で紹介してるため、ぜひご覧ください。
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CMOSの関連知識
CMOSレベルを理解できたら、下記も覚えておくことをオススメします。
・CMOSのファンアウト
上記は、『CMOSを扱う上で必須の知識』です。
何を示すかイメージできなかった方は、ぜひ下記をご覧ください。
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CMOSレベルまとめ
いかがでしたでしょうか。
電子回路を扱う上で『CMOSレベル』は必須の知識です。
CMOSレベルについて、しっかりと理解しておきましょう。
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