Diseño de Sistemas. Metodología de diseño. Metodología de diseño Elección de la tecnología Herramientas de diseño Electrónico

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Diseño de Sistemas. Metodología de diseño. Metodología de diseño Elección de la tecnología Herramientas de diseño Electrónico"

Carolina Blanca Escobar Gómez
hace 6 años
Vistas:

1 Diseño de Sistemas Metodología de diseño Elección de la tecnología Herramientas de diseño Electrónico 1 Metodología de diseño ü Requisitos ü Especificación de alto nivel (Top-level) ü Diseño de alto nivel ü Diseño detallado ü Test de cada uno de los módulos ü Test del sistema 2 1

2 Herramientas de diseño ü Captura de esquemáticos ü Simulación ü Diseño de PCB ü VLSI ü Verificación del diseño ü Especificación y descrpción del sistema 3 Tecnología

Dispositivos Tecnologías de los circuitos

(CI) Aquel en que todos sus componentes e

soporte físico semiconductor, formando un

3 Dispositivos Tecnologías de los circuitos integrados /2016 Circuito integrado (CI) Aquel en que todos sus componentes e interconexiones están fabricados sobre un soporte físico semiconductor, formando un único bloque de pequeño tamaño (CHIP). 1er CI (6 transistores) Kilby 1er µp (2300 trts.) 1971 Intel Pentium 4 ( trts.) 2000 Obleas (desde 2000 son =30cm) y dados Tecnologías de los circuitos integrados 2015/

Formulada por Gordon Moore en 1965 (Electronics Magazine)

4 Ley de Moore Ley de Moore La complejidad de los CI, el nº de transistores, se duplica cada 18 meses. Formulada por Gordon Moore en 1965 (Electronics Magazine) 7 Ley de Moore 8 4

Nivel de Integración Integration level Number of transistors Zero scale integration (ZSI) 1 Small scale integration (SSI) 2 30 Medium scale integration (MSI) 30-10 3 Large scale integration (LSI) 10

5 Nivel de Integración Integration level Number of transistors Zero scale integration (ZSI) 1 Small scale integration (SSI) 2 30 Medium scale integration (MSI) Large scale integration (LSI) Very large scale integration (VLSI) Ultra large scale integration (ULSI) Giga-scale integration (GSI) Tera-scale integration (TSI) Tipos de encapsulados Inserción Montaje superficial 10 5

6 Tipos de encapsulados Los CIs aparecerán encapsulados en dos formas: - De inserción - De montaje superficial SMD (Surface Mounted Device)

Familias Lógicas Familia lógica : Conjunto de bloques estándar fabricados con la misma tecnología, de forma que presentan propiedades electrónicas similares y compatibles entre si.

7 Familias Lógicas Familia lógica : Conjunto de bloques estándar fabricados con la misma tecnología, de forma que presentan propiedades electrónicas similares y compatibles entre si. Basadas en transistores bipolares: TTL (Transistor-Transistor Logic) Baja potencia (L) Rápida (F) Shottky TTL (S, LS, ALS, AS) ECL (Emitter Coupled Logic): 10K, 100K, E-Lite Basadas en transistores MOS: PMOS, NMOS, CMOS CMOS (Complementary MOS) HC (High-Speed), HTC (HC compatible con TTL), AHC ( advanced HC), VHC, VHCT Basadas en BJT y MOS: (BiCMOS) 13 Nomenclatura 74 FAM 00 PREFIJO 74: comercial (0ºC a 70ºC) 54: militar (-55ºC a 125ºC) SUBFAMILIA TTL ECL CMOS S LS AS ALS F 10K 100K E-lite HC, HCT AHC, AHCT VHC, VHCT FCT SUFIJO: TIPO DE PUERTA O COMPONENTE 00 : NAND 02 : NOR 04 : NOT 08 : AND 32 : OR 86 : XOR : Decod. de 3 a

8 Características reales de las familias lógicas Parámetros característicos de una familia lógica a) Niveles lógicos y tensiones de alimentación b) Inmunidad al ruido y margen de ruido c) Fan-out y fan-in d) Respuesta temporal: retardos de propagación e) Potencia consumida f) Temperatura de trabajo 15 Características reales de las familias lógicas Tensión de alimentación: Las familias bipolares suelen estar diseñadas para una tensión de alimentación de +5V La familia CMOS admite un rango más amplio de tensiones de alimentación por eso sus niveles lógicos suelen darse referidos a una V DD genérica Niveles lógicos: Es lo que una familia de dispositivos considerará como tensión mínima para asumir nivel alto (V Hmin ) o máxima para nivel bajo (V Lmax ). Se definen para la entrada y la salida independientemente: Valores lógicos a las entradas: interpretados como un 0 lógico ó un 1 lógico Valores lógicos a las salidas: tensiones que se obtiene a la salida según un valor lógico Los niveles lógicos de entrada y salida caracterizan a una familia, y suelen ser comunes para todas las subfamilias dentro de ella. 16 8

9 17 Características reales de las familias lógicas Corrientes de entrada y salida Corrientes de entrada (I IL, I IH ): corriente que absorbe o cede la puerta cuando la entrada está a un determinado valor lógico Corrientes de salida (I OL, I OH ) : corriente capaz de suministrar la puerta garantizando unos ciertos límites en las tensiones de salida, manteniendo unos valores lógicos. 18 9

10 Características reales de las familias lógicas Fan-in: Máximo número de entradas con que se puede cargar una puerta. Fan-out: Máximo número de puertas lógicas que puede excitar la puerta bajo consideración Respuesta temporal: tiempos de subida y bajada, y retardos de propagación: El paso de nivel bajo a alto (o viceversa) a la salida de una puerta nunca es instantáneo. La salida de una puerta no responde de forma instantánea a la entrada. Retardo de propagación: tiempo que tarda en cambiar la salida de una puerta desde que cambian sus entradas (normalmente se mide entre el 50% del valor de las señales de entrada y salida) Retardo de conmutación: tiempo que tarda una señal en pasar desde el 10% al 90% de su valor final bajo unas ciertas condiciones de carga. (t r, t f ) 19 Respuesta Temporal ü rise time, t r ü fall time, t f 20 10

11 Respuesta Temporal propagation delay time, t PD tpd (tphl + t = 2 1 PLH ) 21 Características reales de las familias lógicas Consumo: depende de dos aspectos: Consumo estático: Mide el consumo del circuito cuando no hay cambio en sus señales Consumo dinámico: Debido fundamentalmente a la carga y descarga de las capacidades del circuito y depende de la frecuencia Efecto de la temperatura: Los efectos de temperatura son importantes en semiconductores, en particular, donde exista una unión pn. A veces los fabricantes especifican tres rangos de calidad: Militar: -55ºC a 125ºC Industrial: -40ºC a 85ºC Comercial: 0ºC a 70ºC 22 11

12 Familia CMOS Un transistor del tipo que sea, puede adoptar DOS funciones generales: Fuente de corriente controlada por corriente o tensión (amplificación, Electrónica Analógica). El transistor trabaja en zona activa. Interruptor controlado por tensión: idóneo para Electrónica Digital. El transistor trabaja en zona de corte (circuito abierto), o zona óhmica (FETs) o saturación (BJTs) (cortocicuito). 23 Familia CMOS Tipos de transistores MOS: Transistor de canal p: Transistor de canal n: 24 12

Familia CMOS Inversor en tecnología CMOS: Respuesta excelente a ambos niveles, y buena capacidad de entregar corriente (R ON son bajas) Siempre uno de los dos transistores

13 Familia CMOS Inversor en tecnología CMOS: Respuesta excelente a ambos niveles, y buena capacidad de entregar corriente (R ON son bajas) Siempre uno de los dos transistores está en corte (no hay consumo de corriente, ni potencia en continua) Vin Q2 Q1 Vout L off on H H on off L Vin, Vout I Vin Vout 25 Familia CMOS NAND en tecnología CMOS 26 13

14 Familia CMOS NAND de 3 entradas en tecnología CMOS 27 Familia CMOS NOR en tecnología CMOS 28 14

15 Familia CMOS Parámetros característicos de las familias CMOS a) Tensión de alimentación. Típicamente 3 15V Serie 74HC: 2 6V b) Niveles lógicos V IL = 0 1/3V DD V IH = 2/3V DD V DD V OL = 0 V V OH = V DD Inmunidad: 1/3 V DD 29 Familia CMOS 30 15

16 CMOS datasheet 31 CMOS Family Descriptor T PD (ns) Static power per gate (µw) Standard 4000B Standard, TTL pin-out High-speed High-speed, TTL compatible 74CXX 74HCXX 74HCTXX Advanced 74ACXX 4 25 Advanced, TTL compatible 74ACTXX 6 25 Low-voltage 74LVXX 9 50 Advanced, low-voltage 74ALVCXX 3 50 BiCMOS 74BCTXX Low-voltage BiCMOS 74LVTXX

17 Familia TTL Basado en transistores BIPOLARES Puerta NAND Si A=B= 5V: T 1 : corte T 2 : saturación T 4 : saturación S = 0V T 3 : corte Si A=B= 0V: T 1 : saturación T 2 : corte T 4 : corte T 3 : saturación S = 5V 33 Familia TTL Parámetros característicos de las familias TTL a) Tensión de alimentación. Típicamente 5V ±5% b) Niveles lógicos V IL = 0 0,8 V V IH = 2V 5V V OL = 0 0,4 V V OH = 2V 5V Inmunidad: 0,4V 34 17

18 Familia TTL Parámetros característicos de las familias TTL c) Corrientes de entrada y salida Corrientes de entrada: I IL = 1,6 ma. I IH = 10 µa Corrientes de salida: I OL = 16 ma. I OH = 500 µa e) Fan-out: 10 f) Consumos Estático: ALTO y dependiente del valor lógico de la salida Dinámico: Menor dependencia con la frecuencia que en el caso de CMOS. g) Retardos: menos dependientes de la carga que en al caso CMOS, pero en general mayores. t p,hl = 5ns t p, LH = 10 ns 35 TTL 36 18

TTL Family Descriptor T PD (ns) Power per gate (mw) Standard 74XX 9 10 Low-power 74LXX 33 1 High-speed 74HXX 6 22 Schottky 74SXX 3 19 Advanced Schottky 74ASXX 1.5 8.5 Low-power Schottky 74LSXX 9.

19 TTL Family Descriptor T PD (ns) Power per gate (mw) Standard 74XX 9 10 Low-power 74LXX 33 1 High-speed 74HXX 6 22 Schottky 74SXX 3 19 Advanced Schottky 74ASXX Low-power Schottky 74LSXX Advanced low-power Schottky 74ALSXX 4 1 FAST 74FXX Compatibilidad TTL-CMOS Niveles de tensión E/S: V OHmin > V IHmin ; V OLmax >V ILmax Corrientes limitadas (fan-out) Tensiones de alimentación CMOS a TTL (V DD = 5V) TTL a CMOS (V DD = 5V) TTL CMOS 5 V V DD 2 V (2/3)V DD 0,8 V (1/3)V DD 0 V 0 V CMOS a TTL (Distinta V DD ) TTL a CMOS (Distinta V DD ) 38 19

20 Comprativa Parameter TTL ECL CMOS Basic gate NAND OR/NOR NAND-NOR Fan-out >50 Power per gate (mw) @1 MHz Noise immunity Very good Good Excellent T PD (ns)

Documentos relacionados

FAMILIAS LÓGICAS. ECL,MOS, CMOS, BICMOS.

FAMILIAS LÓGICAS. ECL,MOS, CMOS, BICMOS. 1. Lógica de emisores acoplados: Amplificador diferencial El circuito posee dos entradas v 1 y v 2 y dos salidas v O 1 y v O 2. Dada la simetría del circuito, al