Che cos’è il CMOS?

CMOS (Com­ple­men­ta­ry metal oxide se­mi­con­duc­tor) è un elemento se­mi­con­dut­to­re che trova impiego in molti computer moderni e in tanti altri di­spo­si­ti­vi elet­tro­ni­ci. La com­po­nen­te RAM statica può salvare dati sia digitali, sia analogici, così come mo­di­fi­car­li e inol­trar­li. Oltre alle mol­te­pli­ci pos­si­bi­li­tà d’impiego, una ca­rat­te­ri­sti­ca peculiare e im­por­tan­te è il suo bas­sis­si­mo fab­bi­so­gno d’energia e una minore sen­si­bi­li­tà alle ra­dia­zio­ni cir­co­stan­ti. Vi pre­sen­tia­mo una pa­no­ra­mi­ca esaustiva su che cos’è il CMOS, come funziona l’elemento se­mi­con­dut­to­re e in quali settori è prin­ci­pal­men­te uti­liz­za­to.

Il CMOS è un elemento se­mi­con­dut­to­re che molti utenti di computer desktop e portatili conoscono nella sua versione di memoria CMOS. Questo tipo di memoria non impiega quasi elet­tri­ci­tà per con­ser­va­re in­for­ma­zio­ni e pertanto può essere uti­liz­za­ta anche per lunghi periodi usando una piccola batteria. Ma come può avvenire ciò?

Il CMOS funziona tramite un mec­ca­ni­smo d’al­ter­nan­za tra due tran­si­stor, un MOSFET a canale P e un MOSFET a canale N. Quando il MOSFET a canale N conduce, spe­cu­lar­men­te il MOSFET a canale P è bloccato e viceversa. Grazie alla tensione minima in entrata, la corrente tra­sver­sa­le rimane zero e un’at­ti­va­zio­ne è ne­ces­sa­ria solo in caso di com­mu­ta­zio­ne. Le RAM CMOS ne­ces­si­ta­no di una propria ali­men­ta­zio­ne di corrente elettrica, l’impiego d’energia di cui hanno bisogno è tuttavia molto basso. La tensione elettrica tipica si situa tra 0,75 e 15 Volt e pertanto è net­ta­men­te minore rispetto ai circuiti bipolari oppure al tran­si­stor MOS. Il tran­si­stor CMOS ha una di­men­sio­ne di pochi mil­li­me­tri ed è par­ti­co­lar­men­te di lunga durata. La sua durata di vita dipende dal tipo e dalla frequenza d’uso.

Il CMOS si compone es­sen­zial­men­te di un canale P e di un canale N. In stato di inat­ti­vi­tà la potenza dissipata è di soli 10 nW. Per quanto concerne la potenza dissipata nell’ambito della com­mu­ta­zio­ne, ciò dipende dal tipo di co­stru­zio­ne, le serie standard rag­giun­go­no tuttavia valori di circa 1 mW/MHz. Se viene integrata una porta logica, essa è di circa µW/MHz. Poiché il CMOS è un elemento di memoria lento, esistono sistemi operativi che non so­vra­scri­vo­no di­ret­ta­men­te su di essa. In tal caso i contenuti e la con­fi­gu­ra­zio­ne sono salvati nella RAM come copie.

In un computer il CMOS è impiegato per salvare i parametri del BIOS della scheda madre (mainboard). Anche se l’ap­pa­rec­chio è stato scol­le­ga­to dall’ali­men­ta­zio­ne elettrica per un lungo periodo oppure in modo inatteso, anche ac­ci­den­ta­le, c’è stata cioè un’in­ter­ru­zio­ne im­prov­vi­sa dell’elet­tri­ci­tà, la memoria CMOS conserva sempre i dati, par­ti­co­lar­men­te quelli necessari per la con­fi­gu­ra­zio­ne del computer e del suo hardware. Tutti i dati della con­fi­gu­ra­zio­ne del sistema in­di­spen­sa­bi­li per l’avvio del sistema operativo sono salvati in questa memoria. Il CMOS ha anche la funzione di fornire ali­men­ta­zio­ne per l’orologio del sistema.

Se in­ter­rom­pe­te il contatto tra computer e CMOS e l’ali­men­ta­zio­ne elettrica verso la RAM CMOS, tutti i dati della con­fi­gu­ra­zio­ne e le password dopo un in­ter­val­lo di tempo saranno ri­pri­sti­na­ti. In tal modo il computer viene riportato alle sue im­po­sta­zio­ni ori­gi­na­rie. Anche nel caso di un ag­gior­na­men­to del BIOS vale questo principio. Potete quindi ini­zia­liz­za­re il BIOS per ag­gior­na­re l’hardware senza timori oppure reagire ad avvisi d’errore tramite avvisi acustici del BIOS. Il CMOS lavora in modo autonomo e in­di­pen­den­te dal resto dell’ali­men­ta­zio­ne elettrica.

La batteria ad alto ren­di­men­to e di lunga durata fornisce in modo costante elet­tri­ci­tà al CMOS. Di norma per ap­pa­rec­chi standard viene impiegata una batteria al litio CR2032 La sua durata è in primo luogo di­pen­den­te da influssi esterni. Se la batteria è sot­to­po­sta ad ampie va­ria­zio­ni di tem­pe­ra­tu­ra e l’ali­men­ta­zio­ne elettrica del computer è in­ter­rot­ta per lunghi periodi, ciò influisce sul ren­di­men­to della batteria. Inoltre ha effetti sulla durata di vita, che di norma è di almeno due anni. In con­di­zio­ni ideali, però, la batteria può ali­men­ta­re il CMOS per periodi net­ta­men­te più lunghi.

La tec­no­lo­gia CMOS HCT è stata svi­lup­pa­ta per rendere possibile una com­pa­ti­bi­li­tà con la tensione TTL. Ciò era ne­ces­sa­rio poiché le entrate HC con­ven­zio­na­li non erano finora pie­na­men­te com­pa­ti­bi­li con i livelli d’uscita TTL. Con la nuova tecnica, la struttura di tran­si­stor del CMOS è stata adattata al livello di tensione d’uscita del TTL. In tal modo è possibile non solo il col­le­ga­men­to senza limiti di circuiti TTL e circuiti CMOS HCT nell’ambito di una tensione, ma anche che la velocità della porta TTL sia raggiunta.

Il co­sid­det­to Bi-CMOS collega tran­si­stor a effetto di campo con tran­si­stor bipolari. Questa com­bi­na­zio­ne genera una grande at­ti­tu­di­ne alla con­dut­ti­vi­tà di corrente e di­mi­nui­sce si­mul­ta­nea­men­te la di­pen­den­za dal carico ca­pa­ci­ti­vo.

Ciò è impiegato, ad esempio, nei sistemi radar, sistemi radio e circuiti di segnali, che sono tuttavia molto costosi da produrre.

La tec­no­lo­gia CMOS trova impiego in molti settori dell’elet­tro­ni­ca. Oltre all’uso in pro­ces­so­ri, mi­cro­pro­ces­so­ri e memorie, il CMOS è uti­liz­za­to anche in altri ap­pa­rec­chi, come gli orologi digitali. Questa tec­no­lo­gia è presente anche nell’elet­tro­ni­ca di bordo. I sensori CMOS sono integrati nelle macchine fo­to­gra­fi­che digitali e negli spet­tro­me­tri. Le ca­rat­te­ri­sti­che positive di questa tec­no­lo­gia, la sua elevata ro­bu­stez­za, la lunga durata di vita e il fab­bi­so­gno ener­ge­ti­co ridotto rendono il CMOS in­di­spen­sa­bi­le e im­man­ca­bi­le ormai in molti ap­pa­rec­chi e di­spo­si­ti­vi moderni.

Quando la batteria del CMOS viene rimossa, il contenuto della memoria è can­cel­la­to. Questo processo, in base al tipo impiegato, può durare pochi secondi o vari giorni. Per tale ragione la batteria dovrebbe essere scol­le­ga­ta solo quando la memoria deve essere can­cel­la­ta. Ciò può essere ne­ces­sa­rio se il computer presenta problemi riguardo al boot oppure deve essere in­stal­la­to un altro chip del BIOS. Per alcune schede madre, questa procedura viene con­si­glia­ta anche in seguito a un ag­gior­na­men­to del BIOS. In molti computer tramite il CMOS potete anche ri­pri­sti­na­re la password del BIOS. Nella maggior parte dei portatili la pro­te­zio­ne contro i furti integrata non permette tuttavia questo metodo.

Le in­for­ma­zio­ni su come procedere per la can­cel­la­zio­ne della memoria CMOS sono con­sul­ta­bi­li nel manuale della scheda madre (mainboard). Seguite at­ten­ta­men­te le istru­zio­ni contenute nel manuale per evitare dan­neg­gia­men­ti alla scheda madre o alle singole parti, ad esempio a causa di un cor­to­cir­cui­to!