Curso grátis de eletrônica: CMOS

Os circuitos integrados digitais devem ter o menor número possível de resistores. Esses componentes, mesmo no interior dos chips, ocupam áreas muito maiores que os transistores. Além disso produzem maior dissipação de calor e retardos que tornam os chips mais lentos. Por isso os projetistas tentam na medida do possível usar os próprios transistores para substituir os resistores. Daí surgiram os circuitos CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Consiste em utilizar no circuito da figura abaixo, um segundo transistor no lugar do resistor. Este segundo transistor possui características inversas às do primeiro. São chamados transistores complementares. Um transistor do tipo NMOS, e o outro tipo PMOS. Quando um transistor conduz, o outro não conduz, e vice-versa. O resultado é o mesmo obtido com o uso do resistor, porém ocupando muito menos espaço, consumindo menos energia e com mais velocidade. O arranjo completo é mostrado na figura abaixo.

circuito equivalente ao cmos Circuito equivalente de uma célula CMOS

Este circuito é o inversor, o mais simples dos operadores lógicos. Ele gera um bit 1 quando recebe um bit 0, e gera um bit 0 quando recebe um bit 1. Outras funções lógicas mais complexas são implementadas com arranjos parecidos. Observe que ambos os transistores possuem seus terminais gate interligados. Quando esta entrada recebe um bit 1, ou seja, um nível de tensão elevado, o transistor inferior conduzirá corrente, e o superior ficará cortado, ou seja, sem conduzir. Isto fará com que a saída fique com tensão baixa, ou seja, um bit 0. Quando a entrada receber um bit 0, o transistor inferior ficará cortado, sem conduzir, e o transistor superior irá conduzir, fazendo com que sua saída fique com uma tensão quase igual da fonte de alimentação (bit 1). A figura abaixo mostra como o par CMOS é construído em um chip.

camadas do par cmos Camadas que formam o par CMOS

A maioria dos chips modernos utilizam a tecnologia CMOS. Existem outras tecnologias que são utilizadas em aplicações nas quais o CMOS não pode ser aplicado. Por exemplo, os pares CMOS não são indicados quando é necessário fornecer correntes elevadas, como por exemplo, para alimentar os slots de um barramento. Nesses casos são usados circuitos lógicos TTL, que consomem mais energia, mas também podem fornecer mais corrente. Muitos chips utilizam internamente células CMOS e externamente apresentam entradas e saídas TTL.

Muitas pessoas ouvem falar em CMOS pela primeira vez ao tomarem contato com o chamado CMOS Setup de placas de CPU. Acabam conhecendo o “chip CMOS”, no qual existe uma pequena área de memória para armazenar configurações do BIOS da placa de CPU, além de um relógio permanente. O “chip CMOS” é alimentado por uma bateria que o mantêm em funcionamento mesmo quando o computador está desligado. Aqui está um fato curioso: praticamente todos os chips do computador utilizam a tecnologia CMOS. É errado pensar que apenas o popular “chip CMOS” que armazena os dados do Setup e tem o relógio permanente utilize esta tecnologia.

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