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CMOS vs HCMOS vs ACMOS – eine Geschichtsstunde über Oszillatoren

Posted: 22nd January 2024

Dieser Blog entschlüsselt die Geheimnisse der Quarzoszillatortechnologie und versucht, die Unterschiede zwischen CMOS, HCMOS und ACMOS zu erklären sowie die einzigartigen Merkmale zu erläutern, die sie zu unverwechselbaren Akteuren in der Welt der elektronischen Schaltungen machen.

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor - komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter) kam 1963 auf und ersetzte im Wesentlichen die TTL-Technologie (Transistor-Transistor-Logik). Das Problem mit der TTL-Logik war, dass sie Strom verbrauchte, um eine Leitung auf High zu halten. CMOS hingegen verbraucht praktisch keinen Strom, um einen hohen oder niedrigen Zustand beizubehalten (obwohl es langsamer arbeitet); stattdessen wird Strom verbraucht, wenn zwischen den Zuständen umgeschaltet wird. Bei einem Oszillator ist der Ausgang für die Hälfte des Zyklus High und für die andere Hälfte Low, d. h. pro Sekunde ist er nur für 0,5 Sekunden High. In Wirklichkeit schaltet der Ausgang bei jedem Taktzyklus zweimal von hoch auf niedrig und zurück, ein 26-MHz-Oszillator schaltet also 42 Millionen Mal pro Sekunde um.

CMOS vs HCMOS vs ACMOS – eine Geschichtsstunde über Oszillatoren

Quelle: Circuit Digest.com

In den 1990er-Jahren hatte CMOS TTL als gängigste Form der Logik abgelöst, und es war offensichtlich, dass TTL bald überflüssig werden würde. Auf dem Weg zu seiner Vorherrschaft durchlief CMOS einige Veränderungen. Zum einen HCMOS, die High-Speed-Version, und ACMOS, die Advance-Version. Außerdem war in den 90er-Jahren die häufigste Versorgungsspannung immer noch 5 V, doch die Zukunft gehörte den 3,3 V (so wie heute 1,8 V), und das führte zwangsläufig zu Low Voltage CMOS, LVCMOS.

Damals war es wichtig, zwischen diesen verschiedenen CMOS-Typen zu unterscheiden, da sie alle unterschiedliche Spannungspegel und Schaltgeschwindigkeiten aufwiesen und unterschiedlich viel Strom an den Eingang des nächsten Bausteins liefern konnten. Daher musste ein Entwicklungsingenieur den Ausgang eines Oszillators auf den Eingang der nächsten Stufe seines Produkts abstimmen. Zum Glück ist die Welt heute einfacher. Alles ist kompatibel, und alle können als CMOS klassifiziert werden; es ist nicht mehr sinnvoll, zwischen all den verschiedenen Optionen zu unterscheiden. Aus diesem Grund sagen wir einfach "CMOS-Ausgang" und vermeiden so jegliche Verwirrung.

Natürlich wäre das Leben einfach, wenn CMOS die einzige Ausgangsoption wäre... Es gibt jedoch Alternativen; für Oszillatoren mit einem Ausgang sind dies: geclippte Sinuswelle oder Sinuswelle, und für Oszillatoren mit zwei Ausgängen: LVPECL, LVDS oder gelegentlich HSCL. Doch das ist ein anderes Thema...

Nick Amey, Technical Director