TTL, CMOS Y DE BAJA TENSIÓN

Transcripción

1 Universidad De Alcalá Departamento de Electrónica Tecnología de Computadores Familias Lógicas TTL, CMOS Y DE BAJA TENSIÓN Almudena López Sira Palazuelos Manuel Mazo Febrero 2008

2 Guión Familias lógicas: Propiedades y comparación Familia TTL Subfamilias TTL: comparación Especificaciones eléctricas Nomenclatura Ejemplo: Funcionamiento de una puerta NAND TTL Conexión de la salida de dos puertas. TTL en colector abierto Cableado lógico Diseño de la resistencia de Pull-Up Circuitos CMOS Características Puertas CMOS Triestado Familias de Baja Tensión Interconexión de Familias Lógicas

3 Familias Lógicas: L Propiedades y Comparación Qué parámetros se intenta mejorar? Velocidad y Consumo A mayor velocidad mayor consumo (la mayor parte del consumo se da en las transiciones) Tendencia: Reducir el tamaño y la tensión de conmutación (el consumo crece cuadráticamente con la tensión) n) TTL: Lógica de Transistor- Transistor S. TTL con circuitos Schottky LS. TTL con Schottky de bajo consumo AS. TTL con Schottky mejorada ALS. Versión mejorada de LS F. TTL de alta velocidad CMOS Serie 4000 de CMOS HC. CMOS de alta velocidad ABT. Tecnología BiCMOS avanzada LVT. Tecnología BiCMOS de baja tensión LV. Baja tensión LVC. CMOS de baja tensión ALVC. CMOS de baja tensión mejorada ALVT. Tecnología BiCMOS de baja tensión mejorada AHC. CMOS de alta velocidadmejorada AVC. CMOS de muy baja tensión mejorada

4 En un principio la familia TTL fue la más utilizada pero está siendo sustituida por las familias CMOS y de baja tensión) SUBFAMILIAS TTL.- TTL normal LTTL.- TTL de bajo consumo STTL. TTL con circuitos Schottky (no saturantes más velocidad) LSTTL.- TTL Cde bajo consumo AS.- TTL con Schottky mejorada ALSTTL.- TTL con Schottky mejorada de bajo consumo FTTL.- TTL de alta velocidad La tensión de alimentación para todas las subfamilias de TTL es de 5V, admitiendo una variación sobre este valor del ±10%. Familia TTL Prefijo del Fabricante 2-4 letras Serie La necesidad de adaptación a las demandas hizo que surgieran diferentes subfamilias con distintas características, velocidad y consumo por ejemplo. VELOCIDAD ASTTL FTTL STTL ALSTTL FTTL LSTTL TTL LTTL NOMENCLATURA SN 54 AS 00 NT 74 Subfamilia Función del integrado CONSUMO LTTL ALSTTL LSTTL ASTTL TTL STTL Tipo de encapsulado o característica del fabricante

5 Ejemplo: Funcionamiento de una puerta NAND TTL Tensión de salida a nivel alto V OH =V CC -I R2 -V BEQ4 -V D Como I R2 es muy pequeña V OH 5 0,6 0,6 = 3,8V Tensión de salida a nivel bajo Valores Característicos de puertas TTL V ILMAX = 0,8V V IHMAX = 2V V OLMAX = 0,4V V OHMIN = 2,4V V OL =V CSATQ3 = 0,2V Modificando los valores de las resistencias o el tipo de TRTs, se puede modificar un poco el consumo y/o la velocidad. Curvas Características de un Inversor TTL

6 Conexión n de la salida de dos puertas. Tensión de salida a nivel alto Transistor Q1 conduce, Q2 y Q3 cortados, Q4 saturado (si hay carga) Tensión de salida a nivel bajo Si uno está a nivel alto y el otro a nivel bajo Tensión de salida a nivel alto Tensión de salida a nivel bajo Transistor Q1 cortado, Q2 y Q3 en saturación Q4 Saturado Q3 Saturado La corriente circula de Vcc a masa atravesando los dos transistores saturados con una corriente demasiado alta y los estropea SOLUCIÓN: Salida en COLECTOR ABIERTO

7 TTL en COLECTOR ABIERTO Se elimina Q4 y se deja Q3 en colector abierto Tensión de salida a nivel alto Transistor Q1 conduce, Q2 y Q3 cortados. Tensión de salida a nivel bajo Para funcionar precisa una resistencia externa entre el colector de Q3 y Vcc: RESISTENCIA de PULL-UP Permite Interconectar las salidas de distintas puertas directamente, empleando una única resistencia de PULL-UP Transistor Q1 cortado, Q2 y Q3 en saturación. RL limita la corriente por Q3

8 Cableado LógicoL La unión directa de dos salidas en colector abierto se llama Cableado Lógico y equivale a una AND F = F1 F2 = A B C D F = A B + C D La conexión directa equivale a una AND Hay que diseñar RL con cuidado!!!

9 Diseño o de la Resistencia de PULL-UP UP Si R es muy grande, en un nivel alto de salida, caería mucha tensión en la resistencia (con carga) y el valor de salida para el nivel alto sería muy pequeño. Si R es muy pequeña, en un nivel bajo de salida, la corriente por Q3 sería demasiado alta. A NIVEL ALTO Se debe cumplir que: Donde m es el número de salidas unidas mediante cableado lógico A NIVEL BAJO Tenemos m transistores, de los cuales n están saturados y (m-n) al corte. Se debe cumplir que: Y el caso más desfavorable es para n=1 y V OL =0V

10 Circuitos CMOS Subfamilias 4000A 4000A 4000B 4000B UB UB 74/54C 74/54C HC HC HCT HCT HCU HCU FACT FACT AC AC ACT ACT VELOCIDAD INVERSOR Características Bajo consumo en régimen estático. Sólo consumen en las transiciones Márgenes de ruido superiores a los de la familia TTL : MRL=MRH=0,45 V DD Tamaño más pequeño que los TTL Mayor capacidad de integración. En TTL la entrada al aire ~ Nivel Alto. En CMOS es indeterminado Presentan problemas frente a descargas electrostáticas Se emplean diversos valores de tensiones de alimentación y conmutación

11 Características Circuitos CMOS (Cont.) La potencia se consume en las transiciones P=f C VDD 2 La velocidad depende de la carga (Capacidad) El Fan-out (número de puertas conectadas a la salida) viene limitado por la potencia máxima y por el tiempo de propagación. Para el cableado lógico se emplean transistores en drenador abierto. La R L se calcula de forma similar a como se ha visto en TTL Curvas Características de un Inversor CMOS Entregan prácticamente las tensiones de alimentación y el cambio es abrupto

12 Puertas CMOS Triestado: : Puertas de Transmisión Son Son dispositivos dispositivos que que permiten, permiten, o o no, no, el el paso paso de de la la señal, señal, es es decir, decir, son son como como un un interruptor interruptor que que se se abre abre o o se se cierra cierra en en función función de de una una señal señal de de control. control. Además Además son son dispositivos dispositivos bidireccionales bidireccionales Si en G1 ponemos un 0 y en G2 un 1 la puerta conduce Si en G1 ponemos un 1 y en G2 un 0 la puerta queda en estado de alta impedancia. Para evitar tener dos señales de control se añade, por ejemplo, un inversor a G2 Si en la entrada ponemos un 0 la puerta conduce Si en la entrada ponemos un 1 la puerta queda en estado de alta impedancia.

13 Características Familias de baja tensión Diseñadas para trabajar con V CC pequeña sin perder capacidad de carga ni empeorar los tiempos de propagación Hay varias subfamilias: LV, LVC, ALVC, LVT, ALVT La tensión de alimentación típica es V CC = 3,3V pero las hay de tensiones de alimentación menores Cada una de las familias tiene unos determinados circuitos de protección a la entrada y a la salida Valores Típicos V CC = 3,3V V OH = V CC 0,2V V IHMIN = 2V V OL = 0,2V V ILMAX = 0,8V

14 Interconexión de Familias Lógicas Para interconectar dos CI de familias lógicas diferentes hay que comprobar: Que se entiendan Se cumplan las condiciones de seguridad t PHL /t PLH Compatibles V IHMAX > V OHMAX Si alguna de las condiciones no se cumple, se pueden adaptar: Con resistencias Con circuitos intermedios de adaptación