Electrónica. Circuitos Digitales. 22/10/2009 Introducción a la Electrónica. Introducción a la Electrónica

Transcripción

1 Introducción a la Electrónica Circuitos Digitales 1 Familias lógicas 2

2 Tecnologías Los circuitos lógicos son fabricados utilizando diferentes tecnologias. Cada familia lógica tiene ventajas y desventajas asociadas. Su elección depende del tipo de aplicación Inmunidad al ruido velocidad costo flexibilidad rango de temperatura t de operación disipación de potencia 3 Tecnologías Las tecnologías mas difundidas son: CMOS Altos niveles de integración elevada impedancia de entrada reducido tamaño reducido consumo Bipolar (TTL) elevada velocidad de operación consumo elevado BICMOS Combina elevada velocidad de la tecnología bipolar con la baja disipación de potencia de CMOS. GaAs Elevada velocidad 4

3 Parámetros de los circuitos lógicos Margen de ruido Un circuito lógico debe ser capaz de rechazar el ruido 5 Parámetros de los circuitos lógicos Retardo de propagación p 6

4 Parámetros de los circuitos lógicos Disipación de potencia Disipación estatica: es la potencia que disipa la compuerta cuando se encuentra en un estado lógico. Disipación dinámica: es la potencia disipada en la operación de cambio de estado (switch) Ej: CMOS Tensión de alimentación frecuencia de llaveo Capacidad de carga 7 Parámetros de los circuitos lógicos Producto retardo-potencia: un dispositivo ideal presenta una elevada velocidad de operacion con un reducido consumo de potencia. En general estos dos parámetros son de signo contrario. Es decir, si se desea bajo consumo, se debe sacrificar velocidad de operacion. El producto retardo-consumo de potencia es una figura de merito para comparar las diferentes tecnologías de circuitos logicos 8

5 Parámetros de los circuitos lógicos Area de silicio: si una compuerta logica requiere una reducida area de silicio para su implemetación permite fabricar un gran número de compuertas por circuito it integrado. Fan-IN: número de entradas por compuerta. Fan-OUT: número de compuertas similares que pueden ser conectadas a su salida sin modificar sus especificaciones 9 INVERSOR CMOS Operación estática Vi=0 Vo=Voh=VDD Vi=VDD Vo=VoL=0 10

6 Caso de vi=vdd 11 Caso de Vi = 0 12

7 INVERSOR CMOS Tensión umbral 13 INVERSOR CMOS Operación dinámica C es la capacitancia equivalente que reemplaza el efecto de todos los capacitores 14

8 Corriente y disipación 15 Circuitos CMOS 16

9 Ejemplos de redes PULL DOWN 17 Ejemplos de redes PULL-UP UP 18

10 19 COMPUERTAS CMOS 20

11 Efectos del fan-in y fan-out Cada entrada adicional requiere de dos transistores Esto incrementa el área de chip y la capacidad efectiva por compuerta por lo que el retardo de propagación se incrementa. => aumentar el fan-in incrementa el retardo de propagación. El límite es 4. Diseñar circuitos con gran fan-out significa prepararlos para cargar grandes capacitancias y por lo tanto también se incrementa el retardo de propagación. 21 Circuitos con lógica de paso Y=ABC Y=A(B+C) 22

12 Uso de compuertas CMOS como llaves 23 Ejemplo con lógica de paso

13 Circuitos lógicos dinámicos Deben ser refrescados periódicamente Almacenan información en las capacitancias parásitas Necesitan de una entrada de reloj 25 CMOS dinámico 26

14 Cascada de compuertas dinámicas El problema de poner compuertas en cascada es que su operación puede ser errónea 27 Latches y Flip-flops Corresponden a circuitos lógicos SECUENCIALES. Requieren de una señal de sincronización (reloj) para operar. Las compuertas ya vistas son circuitos COMBINACIONALES 28

15 Latch 29 FLIP-FLOP FLOP SR 30

16 FLIP-FLOP FLOP D 31 Protecciones Protección de las entradas de una compuerta lógica ante sobrevoltajes (+Vd por sobre la fuente o Vd debajo de tierra 32

17 Ring Oscilator 33 Memorias 34

18 Static RAM Flip-flop SR, direccionado por W y cargado con el dato B 35 Lectura 36

19 Escritura 37 Dynamic RAM 38

20 Lectura de la RAM dinámica 1) Se activa la precarga y ecualización 2) Se conecta la celda a B y B_: sus tensiones cambian un poco por la transferencia de carga de la celda a la línea 3) Se enciende el amplificador (flipflop SR) que lleva los niveles de B a valores lógicos 39 El inversor con BJT 40

21 Familia lógica TTL La familia se caracteriza por hacer trabajar los transistores en corte y saturación 41 42

22 Compuerta TTL completa 43 Entrada en nivel alto 44

23 Entrada en nivel bajo 45 Compuerta NAND 46

24 Schottky TTL El objetivo es que el transistor no se sature para que tarde menos en conmutar de estado 47 48

25 LS TTL 49 BiCMOS 50