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UFJF – FABRICIO CAMPOS
Cap 8 ) Famílias Lógicas e Circuitos Integrados
Estudaremos o funcionamentointerno dos dispositivos de cadaFamília Lógica
Os CIs são constituídos peloconjunto de diversas portas digitais
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conjunto de diversas portas digitaisintegradas em uma mesmo pastilhade silício.
SSI – Pequena escala de integração Até 12 portas por chip
MSI - Média escala de integração De 12 a 99 portas por chip
LSI – Larga escala de integração Mais de dezenas de milhares
Cap 8 ) Famílias Lógicas e Circuitos Integrados
Motivos para usar circuitos integrados:
Contêm mais circuitos em um pequeno encapsulamentoRedução de tamanhoCusto é reduzido devido à produção em grandes escalasTorna os sistemas mais confiáveis (redução de conexões)Redução de potência elétrica consumida (simplifica as fontes)
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Redução de potência elétrica consumida (simplifica as fontes)
Cap 8 ) Famílias Lógicas e Circuitos Integrados
Limitações e Problemas
Não suportam correntes outensões elevadas
O calor gerado em um espaçopequeno pode elevar a
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pequeno pode elevar atemperatura
Não podem ser construídosindutores, transformadores ougrandes capacitores
Cap 8 ) Famílias Lógicas e Circuitos Integrados
VÍDEO: Como se produz Wafers de Silício e Chips de Computadores
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
VOH(min) Tensão de saída em nível altoVOL(máx) Tensão de saída em nível baixoVIH(min) Tensão de entrada em nível altoVIL(máx) Tensão de entrada em nível baixo
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
IOH Corrente de saída em nível altoIOL Corrente de saída em nível baixoIIH Corrente de entrada em nível altoIIL Corrente de entrada em nível baixo
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
FAN-OUTLimite de carregamento.É definido como o número máximo de entradas lógicas que umasaída pode acionar com segurança para uma determinada famílialógica
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
FAN-OUT
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
ATRASO DE PROPAGAÇÃO:tPLH – Tempo de atraso de nível baixo para altotPHL – Tempo de atraso de nível alto para baixo
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
POTÊNCIA:O terminal de alimentação consome uma determinada potencia da fonte de alimentaçãoP(med)=ICC(med)VCC
ICC é a corrente consumida CCH CCLCC(med)
I II
2
+=
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
IMUNIDADE AO RUÍDO:Margem de ruído para estado altoVNH=VOH(min)-VIH(min)Margem de ruído para estado baixoVNL=VIL(máx)-VOL(máx)
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
Determinar a maior amplitude de interferência de um ruído quando a saída está em nível ALTO e BAIXO, a partir dos dados do fabricante
Parâmetro Min(V) Típico (V) Máx(V)
VOH 2,4 3,4
VOL 0,2 0,4
VIH 2,0
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VIL 0,8
8.1) Terminologia de CIs DigitaisFORNECIMENTO DE CORRENTE X ABSORÇÃO DE CORRENTE
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
ENCAPSULAMENTO DE CIS
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
DIP (Dual in line Package)Chanfro indica pino 1Contagem no sentido anti-horário
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8.1) Terminologia de CIs Digitais
QFP PLCC
UFJF – FABRICIO CAMPOSLQFP SOIC
8.2) Família lógica TTL
Revisão:DiodoLEDZenerDiodo SchottkyTransistor Bipolar de Junção (BJT)
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8.2) Família lógica TTL
TTL – TRANSISTOR-TRANSISTOR LOGICÉ uma classe de circuitos digitais construídos de transistores de junção bipolar (BJT).Criada em 1962 pela Texas Instruments (7400)
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8.2) Família lógica TTL
NAND TTL: Entrada 1 e 1 saída 0
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8.2) Família lógica TTL
NAND TTL: Entrada 1 e 0 saída 1
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8.2) Família lógica TTL
SAÍDA TOTEM-POLE
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8.2) Família lógica TTL
SAÍDA TOTEM-POLE:Reduz consumo de correnteSaída Baixo: Com Q3 OFF não tem corrente por R4Saída Alto: Q3 atua como seguidor de emissorDesvantagem: Na transição de baixo para alto, Q4 para de conduzir mais lentamente do que Q3 passa a conduzir. Este “curto” momentâneo aumenta o consumo.
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8.2) Família lógica TTL
ABSORÇÃO E FORNECIMENTO DE CORRENTE
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8.3) Especificações Técnicas TTL
FAIXAS DE TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO E DE TEMPERATURA
Família Tensão Temperatura
74ALS 4,5V~5,5V 0~+70º
54ALS 4,5V~5,5V -55º~+125º
54ALS – Mais cara, confiável sob extrema faixa de condições
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54ALS – Mais cara, confiável sob extrema faixa de condições
MANUAL
FOLHA DE DADOS
DATA-SHEET
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8.3) Especificações Técnicas TTL
Dissipação de potênciaExemplo: Calcular a Potência dissipada pelo CI 74ALS00
CCH CCLCC(med)
I II 1,93
2mA
+= =
ICCH=0,85mA ; ICCL=3mA
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CC(med)
D(med) CC(med)
D(med)
2I
1,93 5,5 10,45
CCP V
P mA V mW
= ×
= × =
8.3) Especificações Técnicas PILHAS E BATERIAS
Bateria moeda CR2032 225mAh em 3V 674mWh R$3,00
Pilha palito Alcalina AAA 1200mAh em 1,5V 1800mWh R$4,00
Pilha pequena Alcalina AA 2700 mAh em 1,5V 4050mWh R$3,25
Bateria 9V Alcalina 580 mAh em 9V, 5220mWh R$9,00
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8.4) Características da Série TTLExistem diversas subfamílias com diferentes
características de capacidade, velocidade e potência
TTL PADRÃO, 74Não são mais indicados, outros dispositivos têm desempenho melhor a um custo menor
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desempenho melhor a um custo menor
TTL SCHOTTKY, 74SA velocidade é limitada pelo chaveamento na família 74A 74S usa diodos de barreira schottky para aumentar a velocidade de chaveamento
8.4) Características da Série TTLExemplo família 74S
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8.4) Características da Série TTL
TTL SHOTTKY DE BAIXA POTÊNCIA, 74LSMenor consumo de potencia e menor velocidade do que a 74S
TTL SCHOTTKY AVANÇADA, 74AS74AS maior velocidade do que a 74SMaior fan-out
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Maior fan-out
TTL SCHOTTKY AVANÇADA DE BAIXA POTENCIA, 74ALS
74ALS melhor velocidade e consumo do que 74LS
TTL FAST, 74FAtraso de propagação reduzido
8.4) Características da Série TTL
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8.5) Fan-out e acionamento de cargaEstado Baixo: IOL pode aumentar a tensão em Q4 alterando VOL
Estado Alto: IOH pode aumentar a tensão em R2, Q3 e D1 mudando VOH
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8.5) Fan-out e acionamento de cargaExemplo:Quantas portas NAND 74ALS00 podem ser acionadas pela saída de uma porta NAND 74ALS00 ?
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8.5) Fan-out e acionamento de cargaExemplo:Quantas portas NAND 74ALS00 podem ser acionadas pela saída de uma porta NAND 74ALS00 ?
OL(max) OH(max)
IL(max) IH(max)
I 8 I 0, 4
I 0,1 I 20
mA mA
mA Aµ
= =
= =
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IL(max) IH(max)
OL(max)( )
IL(max)
OH(max)( )
IH(max)
I 0,1 I 20
I 880
I 0,1
I 40020
I 20
BAIXO
ALTO
mA A
mAFan out
mA
AFan out
A
µ
µ
µ
= =
− = = =
− = = =
8.6) Outras Características da Série TTL
ENTRADA DESCONECTADA (FLUTUANDO)Para circuitos TTL, uma entrada aberta atua exatamente como o nível lógico 1.Entretanto não é recomendado.
COLOCANDO ENTRADAS TTL EM NÍVEL BAIXOMantendo a entrada normalmente em baixo.
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Mantendo a entrada normalmente em baixo.
EXEMPLO:Considere um circuito da família
74LS com IIL=0,4mA. Determine R.
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