CMOSレベル

【初心者向け】CMOSレベルについて解説します!

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困っている人

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!
 

本記事の内容・ CMOSとは
・ 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
・ まとめ
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CMOSとは

電子回路
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。

【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、『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 ~ 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ります。

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もっぷ

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

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。

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もっぷ

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。
 
関連記事 【初心者向け】TTLの「意味」や「レベル」について解説します!
 

CMOSレベルまとめ

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。

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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