TEMA 9: TECNOLOGÍA DIGITAL.

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "TEMA 9: TECNOLOGÍA DIGITAL."

María Rosario Cáceres Rodríguez
hace 7 años
Vistas:

PUERTA OR PUERTA AND INVERSOR PUERTA NOR

1 TEMA 9: TECNOLOGÍA DIGITAL Puertas lógicas. Definición y representación de las puertas. PUERTA OR PUERTA AND INVERSOR PUERTA NOR PUERTAS NAND PUERTA XOR (operador ) 9.2. Implementación de una puerta básica. Transistor BIPOLAR. EJEMPLO: CORTE: LINEAL: LINEAL: SATURACIÓN: c = 12V β = 100 R B = 39K R c = 1K = 0V = 0mA = 0mA = 12V β = 100 = 3V = 0, 06mA = 6mA = 6V β = 100 = 5V = 0, 11mA = 11mA = 1V β = 100 = 8V = 0, 187mA = 11, 7mA = 0, 3V β < 100 Tema 9: Tecnología digital 1

2 Construcción de una PUERTA NAND con transistores Si A=0 ó B=0 ó ambas son 0 entonces Si A=1 y B=1 entonces T1 saturado, T2 cortado, T3 saturado, T4 cortado, Vs alta T1 cortado, T2 saturado, T3 cortado, T4 saturado, Vs baja 9.3. Niveles lógicos. V IHmin : nivel mínimo de tensión de entrada para que se identifique como nivel alto. 2,0 V V ILmax : nivel máximo de tensión de entrada para que se identifique como nivel bajo. 0,8 V V OHmin : nivel mínimo de tensión de salida que proporciona un circuito al ponerse nivel alto. 2,4 V V OLmax : nivel máximo de tensión salida que proporciona un circuito al ponerse nivel bajo. 0,4 V 1 lógico 1 lógico VOHmin VIHmin Incertidumbre Incertidumbre VILmax VOLmax 0 lógico 0 lógico I IH : corriente que circula por la entrada cuando está a nivel alto. < 40 µa I IL : corriente que circula por la entrada cuando está a nivel bajo. <1,6 ma I OH : corriente que circula por la salida cuando está a nivel alto. < 0,8 ma I OL : corriente que circula por la salida cuando está a nivel bajo. < 16 ma Tema 9: Tecnología digital 2

3 9.4. Características de los Circuitos Integrados. a. Inmunidad al ruido. TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES. CURSO 2007/08 Es el margen de ruido (medido como tensión eléctrica) que se puede dar sin que se cambie el valor binario. Se define el margen de ruido para nivel alto como V NH = V OHmin V IHmin 0,4 V y el margen de ruido para nivel bajo de forma similar V NL = V ILmax - V OLmax 0,4 V b. Fan-out. Se define el factor de carga a la salida de una puerta (fan-out) como el número máximo de entradas lógicas que pueden conectarse a la salida de un circuito para que funcione correctamente. Si este número es superado, no es seguro que los niveles de salida de tensión estén en los márgenes adecuados. H: 0,8/0,04 = 20 L: 16/1,6 = 10 c. Retardos de propagación. Las señales aplicadas a la entrada de una puerta no producen una respuesta inmediata en su salida, sino que tarda un poco tiempo en producirse la respuesta. Este tiempo aparece por la necesidad de cargar y descargar capacidades asociadas al circuito. Se definen tres tiempos de retardo: a) tp LH : tiempo de propagación en el cambio a la salida cuando se produce una transición bajo-alto. b) tp HL : tiempo de propagación en el cambio a la salida cuando se produce una transición alto-bajo. c) tp: el valor medio de los anteriores. Tema 9: Tecnología digital 3

4 d. Potencia. Los circuitos electrónicos necesitan alimentarse con energía eléctrica para funcionar. La potencia consumida por el circuito o consumo se especifica en términos de la corriente I cc que proporciona la alimentación c. Se define la potencia como el producto de la tensión de alimentación por la corriente consumida. P c = c I cc 5 v x (11+20)/2 ma = 77 mw para 4 puertas, 19 mw por puerta El consumo no es del mismo dependiendo de cómo sean las salidas. En tal caso de define la potencia como la media entre el caso de que todas las salidas estén a nivel alto y el caso en que todas las salidas estén a nivel bajo. Existe una relación directa entre la potencia y la velocidad de funcionamiento. A mayor consumo, mayor velocidad. En algunas ocasiones habrá que optar por una solución de compromiso, puesto que ni la potencia alta ni la velocidad lentas interesan. e. Curva de transferencia. f. Temperatura de trabajo. Especifica las temperaturas máxima y mínima de funcionamiento y de almacenamiento. Los valores son distintos según las aplicaciones: Uso comercial 0ºC 70º C Uso militar -55ºC 125ºC Tema 9: Tecnología digital 4

5 9.5. Familias lógicas. Se llaman familias lógicas a las configuraciones genéricas de circuitos para implementar las unidades elementales lógicas. Los elementos de una misma familia lógica son compatibles, es decir, utilizan los mismos niveles de tensión y corriente para representar los niveles lógicos. Pueden existir incompatibilidades entre distintas familias; en este caso serían necesarios adaptadores para acondicionar los niveles de tensión de unas y otras. Las familias lógicas principales son: 1) Bipolares. 2) Unipolares (MOS). Dentro de la familia bipolar, están la RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), ambas OBSOLETAS, TTL (Transistor Transistor Logic), la ECL (Emiter Coupled Logic) y la IIL (Integrated Injection Logic). Tiene mayor velocidad y mayor consumo que las restantes familias. La familia ECL tiene mayor consumo que la TTL, pero es más rápida. La IIL es la que más se acerca a la familia ideal, pero es la más compleja. Es la de mayor escala de integración. La familia unipolar tiene mayor densidad de integración que la bipolar y menor consumo, aunque menor velocidad. Es más adecuada para alta y muy alta escala de integración. Dentro de esta familia se encuentra la NMOS, PMOS y CMOS. PMOS. Obsoleta. Con transistores de canal p. NMOS. Más rápida que PMOS. Transistores de canal n. CMOS. Complementario. Muy bajo consumo.. c = 3 a 15 V. HCMOS. Versión mejorada de la CMOS. HMOS. MOS avanzada. Muy alta escala de integración. Un millón de transistores en un chip Circuitos TTL: dispositivos En 1964 Texas Instruments introduce la lógica transistor-transistor (TTL), que es una familia de dispositivos digitales ampliamente utilizada. Se caracteriza por ser: 1) Rápida. 2) Poco costosa. 3) Fácil de usar. Se estudiarán los siguiente tipos de TTL. Retardo (ns) Potencia (mw) a) Normalizado o estándar b) Alta velocidad. 74H c) Baja potencia. 74L d) Schottky. 74S e) Schottky de baja potencia. 74LS08 6 a 10 2 f) Schottky avanzado 74AS08 1,5 20 g) Schottky avanzado baja potencia 74ALS h) Rápida (TTL Fast) 74F08 2,5 4 Tema 9: Tecnología digital 5

6 La familia 7400 es un conjunto de circuitos integrados digitales que comienzan con 74XX y se ha convertido en la más utilizada en circuitos integrados bipolares. Está constituída por transistores bipolares y resistencias. La alimentación es de 5 V. El fan-out de la lógica TTL es 10. Como la corriente que circula por una salida a nivel bajo es de 1,6 ma, esto quiere decir que la máxima corriente que puede absorbe el colector de una puerta es de 16 ma. Como se puede ver esta familia tiene compatibilidad, es decir, se pueden colocar unos detrás de otros porque los niveles de tensión son: V IHmin = 2,0 V V ILmax = 0,8 V V OHmin = 2,4 V V OLmax = 0,4 V en la mayor parte de los casos, y si no son estos valores, son muy parecidos Circuitos CMOS. 1) Muy bajo consumo. 2) Amplio margen de tensión de alimentación. 3) Alta inmunidad al ruido. Serie 74C00. National Semiconductor Corporation fue la primera que introdujo la serie 74C00, que es una familia que es compatible pin a pin con dispositivos TTL de números de serie similares. Serie 74HC00. El principal inconveniente de los CMOS es que son algo lentos, lo que limita su máxima frecuencia de trabajo. Los 74HC00 son totalmente compatibles con TTL y son más rápidos. Serie 4000B. Tiene muchas funciones que no ofrece la serie 74C00, pero no es compatible con los dispositivos TTL. Los circuitos CMOS (Complementary MOS) están compuestos por MOS de canal n y canal p. Tienen menor consumo que los circuitos TTL, ya que en reposo, es decir, cuando no hay cambios de niveles lógicos, su consumo es prácticamente nulo (5 nw). Tema 9: Tecnología digital 6

7 Inversor CMOS Los circuitos CMOS tienen mayor inmunidad al ruido que los TTL; sin embargo son más lentos. El fan-out es 50, y son compatibles con los circuitos TTL. Los dispositivos 74CXX están garantizados para trabajar fiablemente en un margen de temperaturas de -40 hasta +85 ºC, y en un margen de tensiones de alimentación de 3 a 15 Voltios. Quedan mejor definidos los estados de salida alto y bajo, que en la lógica TTL, debido a que apenas hay caída de tensión de las cargas CMOS, por no circular corriente, con lo que las tensiones alta y baja son prácticamente la alimentación y la masa, respectivamente. La potencia en reposo es extremadamente baja (10 nw). La potencia en las transiciones, llamada potencia activa, aumenta, ya que en cortos intervalos de tiempo se produce circulación de corriente. Si los cambios de estados se produce muy frecuentemente, el consumo aumenta. De hecho, el consumo de la potencia activa aumenta con la frecuencia. Los dispositivos CMOS son compatibles con ellos mismos y con TTL. Tema 9: Tecnología digital 7

Documentos relacionados

Tema 5. Familias CMOS. Introducción Puertas lógicas Parámetros característicos Subfamilias CMOS Compatibilidad entre familias

Tema 5. Familias CMOS. Introducción Puertas lógicas Parámetros característicos Subfamilias CMOS Compatibilidad entre familias Tema 5. Familias CMOS Introducción Puertas lógicas Parámetros característicos Subfamilias CMOS Compatibilidad entre familias Teoría Bibliografía Principios y aplicaciones digitales. Malvino. Ed. Marcombo.