Pengertian CMOS: Fungsi, Sejarah, Kegunaan dan Prinsip Kerja

Apa itu pengertian CMOS? CMOS merupakan akronim dari Complementary Metal Oxide Semiconductor. Ini adalah chip semikonduktor onboard yang menyimpan informasi dengan tenaga baterai di komputer.

Lalu, apa kegunaan CMOS? Pentingkah kehadirannya pada komputer? Seperti apa aplikasi CMOS?

Untuk mengetahui jawabannya, mari ikuti ulasan berikut ini dengan membacanya hingga akhir.

Pengertian CMOS

Seperti yang sudah disinggung di atas, pengertian CMOS adalah teknologi semikonduktor yang dominan bagi sirkuit terpadu khusus aplikasi, memori (EEPROM, ROM, RAM), chip mikrokontroler, dan mikroprosesor.

CMOS merupakan bagian dari teknologi MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) yang digunakan sebagai cara untuk menggambarkan sejumlah kecil memori yang ada di motherboard dengan pengaturan BIOS. Pengaturan tersebut mencakup pengaturan perangkat keras serta tanggal dan waktu sistem.

Adapun cara mengucapkan CMOS adalah “see-moss”. Perangkat ini juga disebut sebagai RAM CMOS, NVRAM (Non-Volatile RAM), RTC (Real-Time Clock), dan COS-MOS (Complementary Silicon Metal-Oxide Semiconductor).

Sejarah dan Perkembangan CMOS

Pada tahun 1963, Frank Wanlass dan C. T. Sah dari Laboratorium Fairchild R & D mengikuti makalah konferensi. Pada konferensi tersebut, mereka menunjukkan bahwa rangkaian logika yang menggabungkan transistor MOS kanal-n dan kanal-p dalam konfigurasi rangkaian simetri pelengkap mendekati daya nol pada mode siaga. Wanlass pun mematenkan ide yang saat ini disebut sebagai CMOS.

CMOS RAM dan chip RTC yang pertama kali dibuat adalah Chip Motorola 146818. Chip tersebut digunakan pada komputer IBM awal yang dapat menyimpan 64 byte data. Di mana 14 byte tersedia untuk sistem jam dan 50 byte untuk penyimpanan pengaturan sistem.

Saat ini, sebagian besar komputer sudah memindahkan pengaturan dari CMOS dan mengintegrasikannya ke Super I/O atau chip southbridge.

Pengantar Teknologi MOS

Transistor merupakan komponen terpenting dan mendasar pada desain IC. Jadi, MOSFET adalah salah satu jenis transistor yang digunakan dalam banyak aplikasi.

Pembentukan transistor dapat disusun seperti “sandwich” yang dimulai dari lapisan semikonduktor, irisan kristal silikon dioksida, dan lapisan logam. Umumnya, transistor yang digunakan terdiri atas silikon polikristalin, silikon FET, dan bahan semikonduktor seperti SiO2.

1. CMOS

Pengertian CMOS berkaitan dengan teknologi yang digunakannya. Jika dibandingkan dengan BIPOLAR dan NMOS, CMOS lebih unggul dalam disipasi daya dengan jumlah yang lebih kecil.

2. NMOS

NMOS umumnya membawa elektron dan dibangun di atas substrat tipe-p dengan sumber tipe-n. NMOS akan berjalan ketika tegangan tinggi diterapkan ke gerbang.

Sebaliknya, NMOS tidak akan berjalan jika tegangan ke gerbang itu rendah. Apabila dibandingkan dengan PMOS, NMOS bekerja dua kali lebih cepat daripada lubang karena membawa elektron.

3. PMOS

MOSFET saluran-P terdiri atas sumber tipe-P dan yang tersebar pada substrat tipe-N. Mayoritas pembawanya adalah lubang.

PMOS hanya akan bekerja ketika tegangan rendah diterapkan pada gerbang. Keunggulan PMOS terletak pada ketahanannya terhadap kebisingan.

Prinsip Kerja CMOS

Pada teknologi CMOS, transistor tipe-N dan tipe-P digunakan untuk merancang fungsi logika. Sinyal yang sama dalam menghidupkan transistor pada satu jenis digunakan untuk mematikan transistor dari jenis lainnya.

Tujuan dan Kegunaan CMOS

Tujuan penggunaan CMOS pada komputer adalah sebagai penyimpanan parameter BIOS dari papan induk (motherboard). Jadi, data tetap tersimpan dengan aman meskipun catu daya terputus.

Selain itu, CMOS juga memuat sistem konfigurasi. Sehingga dapat menghentikan catu daya ke RAM maupun komputer. Setelah konfigurasi ulang, data dan kata sandi diatur kembali ke pengaturan standar. Prinsip kerja seperti ini juga berlaku untuk pembaruan BIOS

Proses CMOS diimplementasikan secara fundamental dan luas yang menggantikan proses NMOS dan BIPOLAR pada aplikasi logika digital.

Teknologi CMOS sudah digunakan untuk desain IC digital seperti memori komputer, desain mikroprosesor, serta perancangan chip dan sirkuit terpadu.

Memori CPU – CMOS kebal terhadap kebisingan yang tinggi dengan konsumsi daya statis yang rendah. Sehingga digunakan pada Memori CPU (Central Processing Units).
Desain mikroprosesor – CMOS membutuhkan arus hanya dalam keadaan switching dan ini lebih efisien. Itulah kenapa CMOS digunakan pada prosesor modern seperti mikroprosesor.
Desain chip – perancangan chip memungkinkan fungsi logika dengan tingkat kepadatan yang tinggi dan terintegrasi.
Sirkuit terintegrasi dan terpadu – penggunaan arus yang sedikit membuat IC lebih mudah diproduksi karena tingkat disipasi yang rendah.

Karakteristik CMOS

Apa ciri khas CMOS yang membuat kita bisa mengenalinya dengan mudah? Pertama, kita bisa mengidentifikasinya dari pengertian CMOS itu sendiri. Setelahnya, ada beberapa hal yang mesti diketahui yaitu:

Penggunaan daya statis yang rendah sehingga kebal terhadap kebisingan besar.
Sistem kerja transistor ON & OFF sehingga tidak menghasilkan panas.
Integrasi fungsi logika yang memiliki tingkat kepadatan yang tinggi.
Aplikasi CMOS sering digunakan untuk mengeksekusi chip VLSI.
Gerbang logam yang terbuat dari bahan semikonduktor dan terletak di atas isolator oksida

Rangkaian Logika CMOS

Tidak hanya sebatas memahami pengertian CMOS, kita juga perlu mengetahui seperti apa rangkaian logika CMOS dan jenis-jenisnya.

Transistor NMOS dirancang sebagai elemen logika positif. Berbeda halnya dengan transistor PMOS yang bekerja sebagai elemen logika negatif. Keduanya saling melengkapi dalam menjalankan fungsi logika pada CMOS.

Fitur Rangkaian Logika CMOS

Fitur-fitur rangkaian logika CMOS adalah sebagai berikut:

Ayunan logika dan kemampuan fan-out yang besar.
Margin kebisingan yang sangat tinggi.
Delay propagasi yang lebih rendah.
Kecepatan tinggi dibandingkan dengan transistor NMOS.
Disipasi daya yang lebih rendah.
Stabilitas suhu yang sangat baik.
Kemasan yang kurang padat.
Hemat biaya karena hanya membutuhkan catu daya tunggal.

BACA JUGA 6 Solusi BSOD Kernel Mode Heap Corruption Windows 10 Tanpa Bongkar Komputer

Jenis-jenis Rangkaian Logika CMOS

Rangkaian logika CMOS terbagi atas tiga jenis yaitu CMOS Inverter, CMOS NAND, dan CMOS NOR.

1. CMOS Inverter

Rangkaian inverter terdiri dari NMOS FET dan PMOS yang dihubungkan oleh Input (A). Input NMOS adalah Vss (ground) dan input PMOS adalah Vdd. Sedangkan terminal Y adalah output.

Ketika tegangan tinggi (~ Vdd) diberikan pada terminal input (A) inverter. PMOS menjadi rangkaian terbuka dan NMOS dimatikan. Sehingga, output akan ditarik ke bawah menuju Vss.

Ketika tegangan rendah (<Vdd, ~0v) diterapkan ke inverter, NMOS diaktifkan dan PMOS dinonaktifkan. Jadi, outputnya ditarik ke Vdd.

2. CMOS NAND

Pengertian CMOS NAND adalah gerbang MOS yang terdiri atas dua transistor NMOS Ground dan Y bersama dua transistor PMOS parallel VDD dan Y.

Apabila input A atau B berlogika 0, maka salah satu transistor NMOS akan dinonaktifkan. Sehingga jalur Y ke Ground diputuskan. Sedangkan transistor yang lain akan diaktifkan dan membuat jalur dari Y ke VDD. Itulah yang membuat output Y meningkat.

Apabila kedua input mengalami peningkatan, maka transistor NMOS aktif dan PMOS dinonaktifkan. Ini yang membuat output akan berlogika rendah.

3. CMOS NOR

Transistor NMOS secara paralel menarik output rendah ketika salah satu input tinggi. Sedangkan transistor PMOS secara seri menarik output tinggi ketika kedua input rendah.

Pembuatan CMOS

Transistor CMOS dapat dibuat pada wafer silikon dengan diameter 20mm hingga 300mm. Proses pembuatan tersebut melewati proses litografi. Bahan yang berbeda dapat disimpan pada setiap langkahnya.

Proses tersebut dinilai sangat mudah karena wafer dan penampang dapat disederhanakan. Pembuatan CMOS dapat melewati tiga teknologi yaitu N-well pt P-well, Twin well, dan SOI (Silicon on Insulator).

Baterai Seumur Hidup

Baterai CMOS ditenagai baterai sel CR2032 seukuran koin. Baterai tersebut ada yang bertahan seumur hidup, sepuluh tahun, atau hanya dalam hitungan tahun. Ketahanan baterai tersebut tergantung pada lingkungan dan penggunaannya.

Apabila waktu dan tanggal sistem lambat atau salah hingga hilangnya pengaturan BIOS, ini menandakan bahwa baterai CMOS mengalami kerusakan.

Kegagalan Baterai CMOS

Setelah memahami pengertian CMOS, yuk cari tahu bagaimana cara mendeteksi adanya kegagalan pada baterai. Ya, ini mudah saja! Terapkan cara yang disarankan dan periksa apakah CMOS terkena latch up atau tidak.

Identifikasi Kerusakan pada Baterai

Kegagalan pada CMOS menyebabkan komputer tidak dapat mempertahankan waktu dan tanggal yang benar setelah dimatikan. Misalnya, ketika komputer aktif, tanggal dan waktu menunjukkan 1 Januari 2023 pukul 12:00. Ketika dimatikan dan dinyalakan kembali, waktu dan tanggalnya menunjukkan 1 Januari 1990 pukul 00:00. Kesalahan tersebut adalah bentuk kerusakan pada baterai CMOS.

Apa tanda kerusakan pada CMOS lainnya?

Boot-up yang sulit pada laptop.
Bunyi “beep” yang terdengar secara terus menerus dari papan induk komputer.
Periferal komputer tidak merespons dengan baik.
Tidak dapat terhubung dengan internet.
Hilangnya driver perangkat keras.

BACA JUGA Printer Ready Tapi Tidak Bisa Ngeprint

Gejala Latch-Up pada CMOS

Latch-up adalah kondisi di mana terjadinya korsleting pada terminal ground dan daya. Sehingga hal tersebut menyebabkan arus tinggi dan membuat IC rusak. Pada CMOS, latch-up adalah kondisi di mana jejak impedansi rendah terjadi di antara ground rail dan power rail. Ini karena komunikasi antara dua transistor seperti transistor PNP dan NPN parasit.

Untuk mencegah latch-up, kita harus mengatur resistansi tinggi pada seluruh aliran arus. Jika ini adalah hal yang sulit untuk dilakukan, hubungilah pihak yang mengerti akan hal tersebut.

Cara Merawat dan Membersihkan CMOS

Pembersihan CMOS berkaitan dengan pengaturan ulang BIOS ke sistem default. Ini berguna sebagai pemecahan masalah awal. Misalnya, komputer Anda mengalami pembekuan, CMOS dihapus untuk mengatur ulang BIOS.

Selain itu, menghapus CMOS juga bisa dilakukan untuk mengatur ulang BIOS terkait kesalahan konfigurasi, tegangan baterai yang rendah, kesalahan baca, hingga CMOS checksum.

CMOS vs. CCD

Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) dan Charge Coupled Device (CCD) merupakan jenis teknologi yang berbeda meskipun sama-sama berfungsi sebagai penangkap gambar digital.

Adapun perbedaan lainnya adalah sebagai berikut.

Cara menangkap bingkai, CMOS menggunakan rana bergulir sedangkan CCD menggunakan rana global.
Prosedur pembuatan pada CMOS berbasis mikroprosesor, sedangkan CCD berbasis lintasan IC.
CMOS lebih rentan terhadap noise, namun CCD memiliki kualitas gambar yang tinggi dan tahan terhadap noise.
CMOS memerlukan daya yang sedikit, sedangkan CCD membutuhkan daya sebanyak 100+ kali terhadap sensor CMOS.
Dari segi harga, CMOS dibanderol dengan harga yang lebih murah dibandingkan dengan CCD.

Kelebihan dan Kekurangan CMOS

Setiap komponen komputer atau barang-barang elektronik lainnya pasti memiliki dua sisi yang patut dibahas. Ada kelebihan dan kekurangannya. Ini menjadi ulasan yang penting dipelajari sebelum Anda menggunakan komponen tersebut.

Kelebihan CMOS

Keunggulan CMOS dibandingkan dengan komponen lainnya adalah disipasi daya yang rendah, membatasi kompleksitas sirkuit, daya statis yang rendah, menghasilkan panas yang sedikit, rentang suhu yang luas, tahan terhadap kebisingan, dan fan-out yang tinggi.

Disipasi daya yang rendah karena tidak adanya jalur arus berkelanjutan dari terminal positif ke negatif.
Kompleksitas sirkuit berkurang karena membutuhkan sedikit komponen yang beroperasi.
Daya statis yang rendah karena tingkat disipasi yang rendah juga.
Panas yang sedikit karena arus yang berdiri itu berubah-ubah keadaannya.
Rentang suhu yang luas ketika beroperasi yang berkisar antara -55°C hingga 125°C.
Tahan terhadap kebisingan karena memiliki sistem yang kebal terhadap suara tinggi.
Fan-out tinggi karena jumlah gerbang input juga tinggi.

Kekurangan CMOS

Adapun kekurangan CMOS adalah sebagai berikut:

Proses yang meningkat membuat biaya juga mengalami peningkatan.
Tingkat kepadatan dalam pengepakan CMOS yang rendah.
CMOS menggunakan ruang yang lebih banyak karena menggunakan dua transistor yang berlawanan dengan NMOS.

Itulah tadi ulasan lengkap mengenai CMOS, semoga dengan penjelasan diatas dapat dipahami dan lebih mengerti lagi. Terimakasih