Famílias Lógicas e Circuitos Integrados(Cap8_PARTE2)
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UFJFFabrício – FABRICIO CAMPOS Campos 8.7) Tecnologia MOS MOS – metal-óxido-semicondutor: um eletrodo de metal sobre um óxido isolante sobre um substrato de semicondutor MOSFET - Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor O campo elétrico do eletrodo de metal, do lado do oxido isolante, tem um efeito sobre a resistência do substrato Simples, baixo custo de fabricação, pequeno, consome pouquíssima potência. UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.7) Tecnologia MOS O MOSFET Pode ser do tipo enriquecimento CANAL-N ou CANAL-P UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.7) Tecnologia MOS O MOSFET Pode ser do tipo enriquecimento CANAL-N ou CANAL-P UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.7) Tecnologia MOS CANAL-N como chave UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.7) Tecnologia MOS CANAL-P como chave UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.8) CMOS - Lógica MOS Complementar Mais fácil de fabricar do que TTL Usa P-MOS e N-MOS Inversor CMOS UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.8) CMOS - Lógica MOS Complementar NAND CMOS UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.8) CMOS - Lógica MOS Complementar NOR CMOS UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS Possuem as mesmas funções lógicas da família TTL e também funções especiais Termos para substituir famílias: COMPATÍVEL PINO A PINO FUNCIONALMENTE EQUIVALENTE ELETRICAMENTE COMPATÍVEL UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS SÉRIE 4000/14000 Primeira série CMOS Muito baixo consumo Alimentação 3~15V Não compatível pino a pino nem eletricamente com TTL 74HC/74HCT (HIGH SPEED CMOS) 74HC é 10 vezes mas rápido do que 74LS Compatível pino a pino e funcionalmente com TTL 74HCT é eletricamente compatível com TTL Pode ser ligada diretamente a qualquer TTL UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS 74AC/74ACT (CMOS AVANÇADA) Comparando com HC: Maior imunidade ao ruído Menos atraso de propagação Maior velocidade de clock Funcionamento compatível com TTL mas não pino a pino 74AC11004 = 74HC04 74AHC/74AHCT (ADVANCED HIGH-SPEED) Comparando com HC: Alta imunidade Baixo consumo Até 3 vezes mas rápidos UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS LÓGICA BiCMOS (5V) Combina baixo consumo de CMOS e alta velocidade dos circuitos bipolares Geralmente usados em barramentos (latches, buffers, drivers, ...) Compatível pino a pino com TTL Tensão de alimentação 4000/14000: 3~15V 74HC/HCT/AC/ACT/AHC/AHCT: 2~6V Séries especiais: 2,5~3,3V UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS De modo geral CMOS tem margens de ruído maiores do que TTL UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS De modo geral CMOS tem correntes menores UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS Dissipação de potencia PD aumenta com a frequência Quando em estado estático a dissipação de potência é extremamente baixa Quando a saída comuta de baixo para alto uma corrente transiente deve ser fornecida devido à capacitância de carga UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS FAN-OUT CMOS têm resistência de entrada extremamente alta (1012 Ω) e drenam quase nenhuma corrente Cada entrada tem uma capacitância de 5pF, esta capacitância limita o número de entradas CMOS que uma saída pode acionar . Tipicamente cada carga CMOS aumenta o atraso de propagação em 3ns UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.9) Características da série CMOS Entradas não usadas Entradas CMOS nunca devem ficar desconectadas Comparando CMOS com TTL: Velocidade de operação menor Menor consumo de potencia Margem de ruído melhor Faixa maior para tensão de alimentação Fan-out maior Menos área no chip UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.10) Tecnologia de baixa tensão Maior integração implica em: Circuitos mais próximos Menor atraso de propagação Isolação mais estreita Maior dissipação de potência Para reduzir estes efeitos reduzimos a tensão Série 74LVC (LOW-VOLTAGE CMOS) Série 74AVC (ADVANCED VERY-LOW-VOLTAGE CMOS) 1,2~3,3V UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.10) Tecnologia de baixa tensão UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.10) Tecnologia de baixa tensão UFJF – FABRICIO CAMPOS Advanced Ultra-low-voltage CMOS (AUC) UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.11) Saídas de coletor aberto e dreno aberto Podemos precisar compartilhar um barramento com mais de uma saída. Como fazer isso? Saídas totem-pole nunca devem ser conectadas juntas UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.11) Saídas de coletor aberto SAÍDA COLETOR ABERTO Devemos conectar um resistor de pull-up externo UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.11) Saídas de coletor aberto WIRED-AND É usado quando mais de uma saída deve acionar o mesmo sinal UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.11) Saídas de coletor aberto BUFFERS/DRIVERS DE COLETOR ABERTO Um Buffer (Driver) é um circuito lógico que é projetado para ter capacidade de corrente/tensão maior que um dispositivo lógico comum Saída coletor aberto oferece esta flexibilidade 7406 tem seis inversores, pode drenar até 40mA cada UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.11) Saídas de coletor aberto Pode ser usado para acionar leds e bobinas de relés UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.12) Saídas TRISTATE Três Estados: ALTO BAIXO ALTA IMPEDANCIA (HI-Z) As saídas são conectadas para compartilhar um fio comum OE=1 (ALTO ou BAIXO) OE=0 (HI-Z) UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.12) Saídas TRISTATE Buffers tristate UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.16) Interfaceamento de CI’s Como conectar circuitos com características diferentes? INTERFACEAMENTO: conectar circuitos com características elétricas diferentes UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.16) Interfaceamento de CI’s TTL acionando CMOS (5V) Sem problemas quanto aos requisitos de corrente. VOH(min) TTL é muito baixo quando comparado com VIH(min) CMOS, usa-se um resistor de Pull-up para elevar a tensão. UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.16) Interfaceamento de CI’s CMOS acionando TTL ESTADO ALTO: Atende aos requisitos de tensão e corrente ESTADO BAIXO: Pode não atender aos requisitos de corrente UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.16) Interfaceamento de CI’s CMOS acionando TTL Resolvendo quando não atende os requisitos de corrente: Usar um buffer ou mais portas 74HC125 QUAD BUS BUFFERS (3-STATE) IO=35mA UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.16) Interfaceamento de CI’s CMOS acionando TTL Exemplo: Uma saída 74HC pode acionar três entradas 7406? NÃO: 74HC00 pode absorver 4mA, mas a entrada IIL do 7406 é 1,6mA A corrente total de carga seria 1,6m x 3 = 4,8mA UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.17) Interfaceamento com tensão mista SAÍDAS DE BAIXA TENSÃO ACIONANDO CARGAS DE ALTA TENSÃO USAREMOS UM CIRCUITO CONVERSOR DE NÍVEL 74AVC1T45 UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.17) Interfaceamento com tensão mista SAÍDAS DE ALTA TENSÃO ACIONANDO CARGAS DE BAIXA TENSÃO Usar circuitos tolerantes à tensão alta na entrada (Entrada tolerante TTL) UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.18) Comparadores de Tensão O circuito comparador de tensão pode ser usado no Interfaceamento de sistemas digitais Sua entrada é analógica Sua saída é digital UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.19) Exercício: Encontrar pelo menos 8 situações nas quais características dos CIs não foram consideradas adequadamente UFJF – FABRICIO CAMPOS 8.19) Exercício: Encontrar pelo menos 8 situações nas quais características dos CIs não foram consideradas adequadamente 1 Consumo total maior do que a capacidade da fonte 2 Entradas JK 74S112 deveria estar em 1 3 Entrada B do 74121 sempre em 1 4 Entradas não conectadas do 4001B 5 Fan-Out excedido da 7400 6 Saídas Totel-pole da 7400 em curto (wired-and) 7 Saídas TTL 74S112 conectadas a CMOS sem resistores de pull-up 8 Saídas CMOS conectadas em entradas TTL sem Buffer UFJF – FABRICIO CAMPOS
