Circuitos Integrados da família Complementar Mosfet – CMOS. DP

Exercícios –Aula 12
Prof. Luís Caldas
Circuitos Integrados da família Complementar Mosfet – CMOS.
DP – Exercícios
1 - MOS => METAL OXIDE SURFACE ( SUPERFÍCIE COM ÓXIDO METÁLICO )
São transistores unipolares de porta isolada sobre um substrato semicondutor, são chamados de MOSFET,
pois:
•
•
O campo elétrico tem efeito sobre a resistência do substrato.
Muitíssimo utilizado em integração em larga escala ( lsi ).
2. VANTAGENS DO MOS :
• Baixo custo e simples de fabricar;
• Baixo consumo de potência;
• Menor complexidade de fabricação em relação aos bipolares ( TTL, ECL );
• Menor ocupação de espaço em um chip ( 1 mpol2 de área no chip );
• Não usam resistores integrados, os quais ocupam grande área;
• Podem acomodar um grande número de elementos de circuito.
Obs.: A FAMÍLIA CMOS TEM LEVADO A DOMINAR AS FAMÍLIAS TTL, INCLUSIVE EM ALTA
VELOCIDADE.
3. Transistor MOS
SÍMBOLO
DRENO
PORTA
CANAL N
FONTE
DRENO
PORTA
DESVANTAGEM
PROBLEMAS COM ELETRICIDADE ESTÁTICA.
CANAL P
FONTE
1
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4. TECNOLOGIA DO MOS
S
+
VDS
+
VGS
G
D
----------------------------------------------+
--------------+ C
a
n
a
l
N
N
N
P
5. CONFIGURAÇÃO DO MOSFET.
Quando VGS = 0
Modelo cortado
Modelo Saturado
2
Si O2
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6. Circuitos Digitais CMOS
a) Inversor.
Análise :
1) Entrada = 0 => VGS (canal P) =
e VGS (canal N) =
2) Entrada = VDD => VGS (canal P) =
e VGS (canal N) =
Tensões de Saída :
1) Para VENTRADA = 0 => VSAÍDA = + VDD.
2) Para VENTRADA = +VDD => VSAÍDA = 0.
b) Porta NE.
c) Porta NOU.
1) Análise do circuito
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
3
T1
T2
T3
T4
Saída
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CHAVES BILATERAIS OU ANALÓGICA e INTERFACECMOS – TTL e TTL – CMOS
1 – CHAVE BILATERAL
Controle
Controle
G
D
N
S
Entrada
Entr.
Saída
D
P
S
G
a) EXEMPLO DE APLICAÇÃO
seleção
y
x
Vin
4
Saída
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2. Corrente de entrada e saída para 5v
CMOS
Parâmetros
IIH (min)
IIL (max)
IOH (min)
IOL (max)
4000
1,0µA
1,0 µA
0,4mA
0,4mA
TTL
74HC/HCT ACT AHC/AHCT
1,0µA
1,0µA 1,0µA
1,0µA
1,0µA 1,0µA
4ma
24mA 8mA
4mA
24mA 8mA
74
40µA
1,6mA
0,4mA
16mA
LS
20µA
0,4mA
0,4mA
8mA
AS
ALS
20µA
20µA
0,5mA 100µA
2mA
400µA
20mA
8mA
III - TABELA DOS NÍVEIS DE TENSÕES DE 0-5V SÉRIE CMOS
CMOS
Parâmetros
VIH (min)
VIL (max)
VOH (min)
VOL (max)
VNH V
VNL V
40
3,5
1,5
4,95
0,05
1,45
1,45
HC HCT
3,5 2,0
1,0 0,8
4,9 4,9
0,1 0,1
1,4 2,9
0,9 0,7
AC
3,5
1,5
4,9
0,1
1,4
1,4
ACT
2,0
0,8
4,9
0,1
2,9
0,7
3. Interface TTL – CMOS (família 4000)
a.1) TTL acionando (driving) CMOS fontes em + 5V.
Analisando a compatibilidade em tensão.
VOHMIN = 2,4V
VOLMAX = 0,2V
VIHMIN = 3,5V
VILMAX = 1,5V
Problema :
5
TTL
AHC AHCT
3,85
2,0
1,65
0,8
4,4
3,15
0,44 0,1
0,55 1,15
1,21
0,7
74
2,0
0,8
2,4
0,4
0,4
0,4
LS
2,0
0,8
2,7
0,5
0,7
0,3
AS ALS
2,0 2,0
0,8 0,8
2,7 2,7
0,5
0,4
0,7
0,7
0,3
0,4
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SOLUÇÃO :
a) Inserindo um resistor de pull-up na saída em 5V.
b) Trocando a porta por saída em coletor aberto.
b) Analisando a compatibilidade em corrente.
IOHMIN = -0,4mA IIHMIN = 1,0µA.
IOLMAX = 16mA IILMAX = 1,0µA.
SOLUÇÃO 2 :
c.1) Inserindo-se um conversor TTL CMOS
c.2) TTL acionando (driving) CMOS fontes em + 5V e +15V respectivo.
d) Saída em Coletor aberto
6
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e) Inserindo um conversor de tensão.
f) CMOS acionando TTL.
f.1) Analisando em tensão com fontes de +5V.
VOHMIN = 4,95V
VOLMAX = 0,05V
VIHMIN = 2,0V
VILMAX = 0,8V
f.2) Analisando a compatibilidade em corrente.
IOHMIN = - 0,4mA IIHMIN = 20,0µA.
IOLMAX = +0,4mA
IILMAX = -1,6mA.
Solução :
Inserindo-se um conversor CMOS - TTL
7
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4. Corrente de entrada e saída para 5v
CMOS
Parâmetros
IIH (min)
IIL (max)
IOH (min)
IOL (max)
4000
1,0µA
1,0 µA
0,4mA
0,4mA
TTL
74HC/HCT ACT AHC/AHCT
1,0µA
1,0µA 1,0µA
1,0µA
1,0µA 1,0µA
4ma
24mA 8mA
4mA
24mA 8mA
74
40µA
1,6mA
0,4mA
16mA
LS
20µA
0,4mA
0,4mA
8mA
AS
ALS
20µA
20µA
0,5mA 100µA
2mA
400µA
20mA
8mA
IV - TABELA DOS NÍVEIS DE TENSÕES DE 0-5V SÉRIE CMOS
CMOS
Parâmetros
VIH (min)
VIL (max)
VOH (min)
VOL (max)
VNH V
VNL V
40
3,5
1,5
4,95
0,05
1,45
1,45
HC HCT
3,5 2,0
1,0 0,8
4,9 4,9
0,1 0,1
1,4 2,9
0,9 0,7
AC
3,5
1,5
4,9
0,1
1,4
1,4
ACT
2,0
0,8
4,9
0,1
2,9
0,7
8
TTL
AHC AHCT
3,85
2,0
1,65
0,8
4,4
3,15
0,44 0,1
0,55 1,15
1,21
0,7
74
2,0
0,8
2,4
0,4
0,4
0,4
LS
2,0
0,8
2,7
0,5
0,7
0,3
AS ALS
2,0 2,0
0,8 0,8
2,7 2,7
0,5
0,4
0,7
0,7
0,3
0,4
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V - EXEMPLOS – INTERFACES CMOS - TTL
Exemplo : Calcular a compatibilidade do circuito a seguir.
74 HC
IOL = 4mA
IOH = 4mA
IIL
IIH
IOL
IIL
IOH
IIH
IOL
4000B
= 0,4mA IOH =
0,4mA
IIL
IIH
9
74 LS
IIL = 0,4mA
IIH = 20µA
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EXEMPLOS – INTERFACES CMOS - TTL
Exemplo : Calcular a compatibilidade do circuito a seguir.
74 HC
IOL = 4mA
IOH = 4mA
IIL
IIH
IOL
IIL
IOH
IIH
IIL
IIH
10
74ALS
IIL = 100µA
IIH = 20µA
74AS
IIL = 0,5mA
IIH = 20µA