8-8-8-2 - System Digital

System digital
OLEH :
Charity
Chris nadiya siregar
Dwi fimoza
Rian rivaldo
Radifan fariz
King genantan
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
JURUSAN S1 ILMU KOMPUTER
MEDAN 2017
PENDAHULUAN
adalah salah satu rangkaian terintegrasi yang banyak digunakan pada
mikroprosesor,pengontrol mikro,RAM statis dan sirkuit digital lainnya.
Teknologi CMOS juga digunakan dalam banyak sirkuit analog, seperti sensor
gambar, pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk berbagai jenis komunikasi.
Frank Wanlass berhasil mematenkan CMOS pada tahun 1967 (Patent US 3,356,858).
CMOS juga sering disebut complementary-symmetry metal–oxide–
semiconductor or COSMOS (semikonduktor–logam–oksida komplementer-simetris).
Kata komplementer-simetris merujuk pada kenyataan bahwa biasanya desain digital
berbasis CMOS menggunakan pasangan komplementer dan simetris dari MOSFET
semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n untuk fungsi logika.
ISI
2.1.Pengertian CMOS
Complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) atau semikonduktor–oksida–
logam komplementer, adalah sebuah jenis utama dari rangkaian terintegrasi. Teknologi
CMOS digunakan di mikroprosesor, pengontrol mikro, RAM statis, dan sirkuit logika
digital lainnya. Teknologi CMOS juga digunakan dalam banyak sirkuit analog, seperti
sensor gambar, pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk berbagai jenis
komunikasi. Frank wanlass berhasil mematenkan CMOS pada tahun 1967 (US Patent
3,356,858).
CMOS juga sering disebut complementary-symmetry metal–oxide–semiconductor or
COSMOS (semikonduktor–logam–oksida komplementer-simetris). Kata komplementersimetris merujuk pada kenyataan bahwa biasanya desain digital berbasis CMOS
menggunakan pasangan komplementer dan simetris dari MOSFET semikonduktor tipep dan semikonduktor tipe-n untuk fungsi logika.
Dua karakter penting dari CMOS adalah kekebalan desahnya yang tinggi dan
penggunaan daya statis yang rendah. Daya hanya diambil saat transistor dalam CMOS
berpindah diantara kondisi hidup dan mati. Akibatnya, peranti CMOS tidak
menimbulkan bahang sebanyak sirkuit logika lainnya, seperti logika transistor-transistor
(TTL) atau logika NMOS, yang hanya menggunakan peranti tipe-n tanpa tipe-p. CMOS
juga memungkinkan chip logika dengan kepadatan tinggi dibuat.
Pada prinsipnya IC TTL dan IC CMOS mempunyai dasar pengertian yang sama.
Apabila pengetahuan mengenai IC TTL sudah dikuasai maka untuk memahami IC
CMOS tidak akan menemui kesulitan. Walaupun demikian ada beberapa perbedaan,
juga keuntungan dan kerugiannya.
Keuntungan yang paling menonjol dalam penggunaan IC CMOS adalah konsumsi
dayanya yang rendah dan memungkinkan pemilihan tegangan sumbernya yang jauh
lebih lebar. Proyek-proyek yang menggunakan IC CMOS akan mengkonsumsi baterai
dalam waktu yang jauh lebih lama dilebarbidangingkan dengan rangkaian yang sama
dengan menggunakan IC TTL.
Kerugiannya adalah meningkatkan kemungkinan rusaknya komponen akibat
elektrostatis dan harganya lebih mahal. Karena itu IC CMOS dikemas dengan bahan
konduktif. Hindarkan sentuhan langsung dengan jari ke pin-pinnya. Sebagai catatan,
semua masukan CMOS harus dibumikan (ground) atau dihubungkan ke sumber
tegangan. Tidak seperti IC TTL yang dapat beroperasi walaupun ada beberapa
masukannya yang diambangkan IC CMOS akan beroperasi secara salah jika ada
masukannya yang tidak diambangkan.
"CMOS" merujuk pada desain sirkuit digital tertentu, dan proses-proses yang digunakan
untuk mengimplementasikan sirkuit tersebut dalam rangkaian terintegrasi. Sirkuit
CMOS memboroskan lebih sedikit daya saat statis, dan memungkinkan penempatan
sirkuit yang lebih padat daripada teknologi lain yang mempunyai fungsi sama. Saat
keuntungan ini menjadi lebih diinginkan, proses CMOS dan variannya mendominasi
sirkuit digital terintegrasi modern.
Sirkuit CMOS menggunakan kombinasi MOSFET tipe-n dan tipe-p untuk
mengkonstruksi gerbang logika dan sirkuit digital yang ditemui di komputer, peralatan
komunikasi, dan peralatan pemroses sinyal. Walaupun logika CMOS dapat dibangun
dari komponen terpisah (seperti pada proyek pemula), biasanya produk CMOS adalah
rangkaian terintegrasi yang terdiri dari jutaan transistor pada sepotong silikon seluas
antara 0,1 hingga 4 sentimeter persegi. Peranti tersebut biasanya disebut dengan chip,
sedangkan untuk perindustrian juga disebut dengan die (tunggal) atau dice (jamak).
2.2.Karakteristik CMOS
kekebalan desahnya yang tinggi dan penggunaan daya statis yang rendah.
Daya hanya diambil saat transistor dalam CMOS berpindah di antara kondisi hidup dan
mati. Akibatnya, peranti CMOS tidak menimbulkan bahang sebanyak sirkuit logika
lainnya, seperti logika transistor-transistor (TTL) atau logika NMOS, yang hanya
menggunakan peranti tipe-n tanpa tipe-p. CMOS juga memungkinkan chip logika
dengan kepadatan tinggi dibuat
2.3.Aplikasi CMOS
Teknologi IC Digital dan Jenis Rangkaian Logika
Teknologi IC Digital dan Jenis Rangkaian Logika
•
•
•
Konsep jenis rangkaian logika artinya:
setiap anggota jenis dibuat dengan teknologi yang sama
mempunyai struktur rangkaian yang serupa
mempunyai ciri-ciri dasar yang sama,
Setiap jenis rangkaian logika mempunyai kelebihan dan kekurangan.
Analisa Perancangan dan Kinerja Inverter CMOS
Struktur Rangkaian
Gambar 4.(a) Inverter CMOS (b) dinyatakan sebagai sepasang saklar yang bekerja secara bergantian
Source dari masing-masing MOSFET dihubungkan dengan body, sehingga
menghilangkan ‘body effect’
Vtn = |Vtp| = Vt yang mempunyai harga berkisar antara 0,2 V – 1 V.
Inverter dapat digantikan dengan sepasang saklar yang bekerja secara bergantian
seperti yang terlihat pada gambar 10(b)
Operasi Statik
vI = 0, vO = VOH = VDD → simpul keluaran terhubung ke VDD melalui
resistansirDSP dari transistor ‘pull-up’ QP.
vI = VDD, vO = VOL= 0 → simpul keluaran terhubung ke ground melalui
resistansi rDSN dari transistor ‘pull-down’ QN.
Jadi dalam keadaan ‘steady state’, tidak ada jalur arus antara VDD dan ground, dan arus
statik dan disipasi daya statik sama dengan nol.
Inverter CMOS dapat dibuat agar perpindahan kondisi (switched) terjadi pada titik
tengah dari simpangan logika yaitu VDD/2 dengan memilih ukuran transistor yang tepat.
Untuk kasus khusus dimana Vtn = |Vtp|, Vth = VDD/2 untuk kn = kp yaitu:pada keadaan:
Jadi VTC yang simetris dapat diperoleh jika divais dirancang mempunyai parameter
transkonduktansi yang sama. Kondisi ini disebut ‘matching’. Karena μn.2 – 4 kali lebih
besar dari μp, maka keadaan ‘matching’ dapat diperoleh dengan membuat (W/L)p 2 – 4
kali (W/L)
Biasanya kedua divais mempunyai panjang kanal yang sama yaitu di-set
pada panjang minimum. Lebar minimum untuk kanal –n biasanya 1½ - 2
kali panjang minimum dan untuk kanal –p 3 – 4 kali panjang minimum. Jika
inverter harus men-drive beban kapasitif yang besar, transistor dibuat lebih
lebar. Tetapi untuk menghemat area chip, sebagian besar inverter dibuat
dengan ukuran minimum.
Untuk selanjutnya (W/L) minimum untuk transistor NMOS disebut ndan
(W/L) minimum untuk transistor PMOS disebut p.
Luas inverter dapat dinyatakan dengan WnLn + WpLp = (Wn + Wp)L, maka
luas minimum inverter adalah (n+p)L2, maka (n+p) dapat digunakan ‘proxy’
luas. Contoh: n = 1,5 dan p = 4,5 maka faktor luas =n+p = 6
Dengan menempatkan tegangan ambang pada tengah simpangan,
matching parameter transkonduktansi QN dan QP akan memberikan:
-
Kemampuan ‘current- driving’ yang sama pada ke dua arah (pull-up dan
pull-down).
rDSN = rDSP
tPLH = tPHL
NMH = NML = ⅜(VDD + ⅔Vt)
Biasanya Vt = 0,1 sampai 0,2 VDD, ‘noise margin’ ≈ 0,4 VDD
Harga ini membuat inverter CMOS hampir ideal dilihat dari sisi kekebalan
derau.
Hal lain, karena arus dc masukan inverter sama dengan nol, noise margin
tidak tergantung dari fan-out gerbang.
Jika kn > kp → Vth lebih dekat ke nol.
Jika kp > kn → Vth lebih dekat ke VDD.
Kemiringan VTC inverter pada daerah transisi adalah
2.5.Kelebihan CMOS
1.Konsumsi energi rendah
2.Sedikit Noise
3.Beroperasi pada beberapa puluh MHz
4.Logika ditentukan oleh nilai tegangan
5.Transisi waktu simetris
6.Skematik relative sederhana
PENUTUP
IC CMOS adalah salah satu komponen elektronika yang banyak digunakan
didalam rangkaian mikroprosesor, pengontrol mikro, RAM statis, dan sirkuit logika
digital lainnya.
Teknologi CMOS juga digunakan dalam banyak sirkuit analog, seperti sensor
gambar, pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk berbagai jenis komunikasi.
Frank wanlass berhasil mematenkan CMOS pada tahun 1967 (US Patent 3,356,858).