Universidad De AlcalUniversidad De AlcalDepartamento de ElectrDepartamento de Electrnicanica

TecnologTecnologaa de de ComputadoresComputadores

FamiliasFamilias LLgicasgicas

Almudena Almudena LLpezpezSiraSira PalazuelosPalazuelos

Manuel Manuel MazoMazoFebreroFebrero 20082008

TTL, CMOS Y DE BAJA TENSIN

GuiGuinn

Familias lgicas: Propiedades y comparacin

Familia TTLSubfamilias TTL: comparacinEspecificaciones elctricasNomenclaturaEjemplo: Funcionamiento de una puerta NAND TTLConexin de la salida de dos puertas.TTL en colector abiertoCableado lgicoDiseo de la resistencia de Pull-Up

Circuitos CMOSCaractersticas

Puertas CMOS Triestado

Familias de Baja Tensin

Interconexin de Familias Lgicas

A mayor velocidad mayor consumo (la mayor parte del consumo se da en las transiciones)

Familias LFamilias Lgicas: Propiedades y Comparacigicas: Propiedades y Comparacinn

Tendencia:Tendencia: Reducir Reducir el tamael tamao o y la y la tensitensin n de conmutacide conmutacin n (el (el consumo crece consumo crece cuadrcuadrticamenteticamente con con la tensila tensin)n)

Qu parmetros se intenta mejorar?

Velocidad y Consumo

TTL: Lgica de Transistor-Transistor

S. TTL con circuitos SchottkyLS. TTL con Schottky de bajo consumoAS. TTL con Schottky mejoradaALS. Versin mejorada de LSF. TTL de alta velocidad

CMOS4000. Serie 4000 de CMOSHC. CMOS de alta velocidadABT. Tecnologa BiCMOSavanzadaLVT. Tecnologa BiCMOS de baja tensinLV. Baja tensinLVC. CMOS de baja tensinALVC. CMOS de baja tensin mejoradaALVT. Tecnologa BiCMOS de baja tensin mejoradaAHC. CMOS de alta velocidadmejoradaAVC. CMOS de muy baja tensin mejorada

FamiliaFamilia TTLTTL

SUBFAMILIASTTL.- TTL normalLTTL.- TTL de bajo consumoSTTL. TTL con circuitos Schottky(no saturantes ms velocidad)LSTTL.- TTL Cde bajo consumoAS.- TTL con Schottky mejoradaALSTTL.- TTL con Schottkymejorada de bajo consumoFTTL.- TTL de alta velocidad

VELOCIDAD CONSUMO

ASTTL LTTLFTTL ALSTTLSTTL LSTTLALSTTL FTTLLSTTL ASTTLTTL TTLLTTL STTL

La necesidad de adaptacin a las demandas hizo que surgieran diferentes subfamilias con distintas caractersticas, velocidad y consumo por ejemplo.

En un principio la familia TTL fue la ms utilizada pero est siendo sustituida por las familias CMOS y de baja tensin)

La tensin de alimentacin para todas las subfamilias de TTL es de 5V, admitiendo una variacinsobre este valor del 10%.

NOMENCLATURA

SN 54 AS 00 NT74

Prefijo delFabricante2-4 letras

Serie

Funcin del integradoSubfamilia

Tipo de encapsulado o caracterstica del fabricante

Ejemplo: Funcionamiento de una puerta NAND TTLEjemplo: Funcionamiento de una puerta NAND TTL

ValoresValores CaracterCaractersticossticos de de puertaspuertas TTLTTL

Tensin de salida a nivel alto

VOH=VCC -IR2-VBEQ4-VD

Como IR2 es muy pequea

VOH 5 0,6 0,6 = 3,8V

Tensin de salida a nivel bajo

VOL=VCSATQ3 = 0,2V

VILMAX = 0,8V VIHMAX = 2VVOLMAX = 0,4V VOHMIN = 2,4V

Modificando los valores de las resistencias o el tipo de TRTs, se puede modificar un poco el consumo y/o la velocidad.

CurvasCurvas CaracterCaractersticassticas de un de un InversorInversor TTLTTL

ConexiConexin de la salida de dos puertas.n de la salida de dos puertas.

Tensin de salida a nivel bajo

Transistor Q1 conduce, Q2 y Q3 cortados, Q4 saturado (si hay carga)

Tensin de salida a nivel alto

Transistor Q1 cortado, Q2 y Q3 en saturacin

La corriente circula de Vcc a masa atravesando los dos transistores saturados con una corriente demasiado alta y los estropea

Tensin de salida a nivel bajo

Tensin de salida a nivel altoQ3 Saturado

Q4 Saturado

SOLUCIN: Salida en COLECTOR ABIERTO

Si uno est a nivel alto y el otro a nivel bajo

Permite Interconectar las salidas de distintas puertas directamente, empleando una nica resistencia de PULL-UP

Para funcionar precisa una resistencia externa entre el colector de Q3 y Vcc: RESISTENCIA de PULL-UP

Se elimina Q4 y se deja Q3 en colector abierto

Tensin de salida a nivel bajo

Transistor Q1 conduce, Q2 y Q3 cortados.

Tensin de salida a nivel alto

Transistor Q1 cortado, Q2 y Q3 en saturacin. RL limita la corriente por Q3

TTL en COLECTOR ABIERTOTTL en COLECTOR ABIERTO

La unin directa de dos salidas en colector abierto se llama Cableado Lgico y equivale a una AND

F = F1F2 = AB CD

F = AB + CD

La conexin directa equivale a una AND

Hay que disear RL con cuidado!!!

Cableado LCableado Lgicogico

Si R es muy grande, en un nivel alto de salida, caera mucha tensin en la resistencia (con carga) y el valor de salida para el nivel alto sera muy pequeo.Si R es muy pequea, en un nivel bajo de salida, la corriente por Q3 sera demasiado alta.

DiseDiseo de la Resistencia de PULLo de la Resistencia de PULL--UPUP

A NIVEL BAJO

A NIVEL ALTOSe debe cumplir que:

Donde m es el nmero de salidas unidas mediante cableado lgico

Tenemos m transistores, de los cuales n estn saturados y (m-n) al corte.

Se debe cumplir que:

Y el caso ms desfavorable es para n=1 y VOL=0V

Circuitos CMOSCircuitos CMOS

4000A 4000B UB 74/54C HC HCT HCU FACT AC ACT4000A 4000B UB 74/54C HC HCT HCU FACT AC ACT

Subfamilias

VELOCIDAD

INVERSORCaractersticas

Bajo consumo en rgimen esttico. Slo consumen en las transiciones

Mrgenes de ruido superiores a los de la familia TTL : MRL=MRH=0,45VDD Tamao ms pequeo que los TTLMayor capacidad de integracin.

En TTL la entrada al aire ~ Nivel Alto. En CMOS es indeterminado

Presentan problemas frente a descargas electrostticas

Se emplean diversos valores de tensiones de alimentacin y conmutacin

Circuitos CMOS (Cont.)Circuitos CMOS (Cont.)Caractersticas

La potencia se consume en las transiciones P=fCVDD2 La velocidad depende de la carga (Capacidad)

El Fan-out (nmero de puertas conectadas a la salida) viene limitado por la potencia mxima y por el tiempo de propagacin.

Para el cableado lgico se emplean transistores en drenador abierto. La RL se calcula de forma similar a como se ha visto en TTL

CurvasCurvas CaracterCaractersticassticas de un de un InversorInversor CMOSCMOS

Entregan prcticamente las tensiones de alimentacin y el cambio es abrupto

Puertas CMOS Puertas CMOS TriestadoTriestado: Puertas de Transmisi: Puertas de TransmisinnSon dispositivos que permiten, o no, el paso de la seal, es decir, son como un interruptor que se abre o se cierra en funcin de una seal de control.

Adems son dispositivos bidireccionales

Son dispositivos que permiten, o no, el paso de la seal, es decir, son como un interruptor que se abre o se cierra en funcin de una seal de control.

Adems son dispositivos bidireccionales

Si en G1 ponemos un 0 y en G2 un 1 la puerta conduce

Si en G1 ponemos un 1 y en G2 un 0 la puerta queda en estado de alta impedancia.

Para evitar tener dos seales de control se aade, por ejemplo, un inversor a G2

Si en la entrada ponemos un 0 la puerta conduce

Si en la entrada ponemos un 1 la puerta queda en estado de alta impedancia.

FamiliasFamilias de de bajabaja tensitensinnCaractersticas

Diseadas para trabajar con VCC pequea sin perder capacidad de carga ni empeorar los tiempos de propagacin

Hay varias subfamilias: LV, LVC, ALVC, LVT, ALVT

La tensin de alimentacin tpica es VCC = 3,3V pero las hay de tensiones de alimentacin menores

Cada una de las familias tiene unos determinados circuitos de proteccin a la entrada y a la salida

VCC = 3,3V

VOH = VCC 0,2V VIHMIN = 2V

VOL = 0,2V VILMAX = 0,8V

Valores Tpicos

InterconexiInterconexinn de de FamiliasFamilias LLgicasgicasPara interconectar dos CI de familias lgicas diferentes hay que comprobar:

Que se entiendan

Se cumplan las condiciones

de seguridad

tPHL/tPLH CompatiblesVIHMAX > VOHMAX

Si alguna de las condiciones no se cumple, se pueden adaptar: Con resistencias

Con circuitos intermedios de adaptacin