Contenido:

1). Definiciones de parámetros de corriente y voltaje

2). Compuertas lógicas CMOS:

Circuitos básicos, características eléctricas, retados

de propagación

3). Compuertas lógicas TTL:

Circuitos básicos, características eléctricas,

retados de propagación

4). Análisis de transitorios

1). Definiciones de parámetros de corriente y voltaje

Nivel lógico: es un rango de valores, corriente o cualquier otra cantidad física que representa el valor de una variable lógica (1 o 0). En CMOS; TTL y ECL los niveles lógicos se representan mediante rangos de voltaje. En el nivel alto(H) es el rango mas positivo y en el nivel bajo (L) es el rango mas negativo.

Inmunidad al ruido: Es la capacidad de un circuito lógico para soportar señales de ruido superpuestas al nivel lógico en su entrada.

Niveles lógicos y márgenes de ruido

Voltaje de entrada minio de nivel alto (V (IHmin) )

Voltaje de salida mínimo de nivel alto (V (OHmin) )

Voltaje de entrada máximo de nivel bajo (V (ILmax) )

Voltaje de salida máximo de nivel bajo (V (OLmax) )

Corriente de entrada de nivel alto(I IH)

Corriente de salida de nivel alto (I OH)

Corriente de entrada de nivel bajo (IIL)

Corriente se salida de nivel bajo (IOL)

MOS Transistores MOS

VIN

gatedrain

source

Vgs

+

gatedrain

source

Vgs

+

NMOS

PMOS

Resistencia controlada por voltaje

Resistencia controlada por voltaje: Al reducir

Vgs se reduce Rds

Nota: normalmente Vgs 0

Resistencia controlada por voltaje: Al

incrementar Vgs se reduce Rds

Nota: normalmente Vgs 0

Vgs

Vgs

VIN Q1 Q1 VOUT

0.0 (L) off on 5.0 V(L)

5.0 (H) on off 0.0 V(H)

Inversor CMOS

VDD = +5 V

Q2 (canal P)

Vsalida

Q1 (canal N)

Ventrada

entrada Salida

Compuerta básica CMOS!

Modelo de conmutadores

VOUT= HVIN = L

VDD

VOUT= LVIN = H

VDD

Símbolos alternos para los transistores…

VDD = +5.0 V

VOUT

Q1

VIN

Q2 (canal P)

VOUT

Q1 (canal N)

“on” cuando VIN

está en bajo (L)

“on” cuando VIN

esta en alto (H)

Características de las compuertas CMOS

No hay flujo de corriente DC en el terminal “gate” (puerta) del MOSFET.

sin embargo, la puerta tiene una capacitancia, donde se requiere corriente para la conmutación de potencia.

No hay corriente en la estructura de salida, excepto durante la conmutación.

Ambos transistores parcialmente en conducción

Consumo de potencia relacionado con la frecuencia

Señales con tiempos de subida lentos para mas potencia

Estructura de salida simétrica.

Manejo igual de fuerte en los estados ALTO y BAJO

VDD = +5 V

Q2 (canal P)

VOUT

Q1 (canal N)

VIN

Compuertas NAND CMOS

A B Q1 Q2 Q3 Q4 Z

L L Off On Off On H

L H Off On On Off H

H L On Off Off On H

H H On Off On Off L

A

Z

B

• Usa 2n transistores para una compuerta de n entradas

Buffer no inversor

Compuerta AND de dos entradas

Compuertas NOR CMOS

Como la NAND: 2n transistores para una compuerta de n

entradas

NAND vs. NOR

Para un área de silicio dada, los transistores PMOS

son más “débiles” que los transistores NMOS.

El Número de entradas en una compuerta

es limitado

NAND CMOS de 8 entradas

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

I8

OUTOUT I4

I5

I6

I7

I8

I1

I2

I3

CMOS: Características Eléctricas

El anterior análisis digital sólo es válido si los circuitos operan dentro de las

especificaciones.

– Tensión de alimentación

– Temperatura

– Calidad de la señal de entrada

– Carga de salida

Hay que hacer algo de análisis “analógico” para probar que los circuitos operan dentro

de las especificaciones.

– Cargabilidad de salida (Fanout)

– Análisis de tiempo: tiempos de establecimiento y mantenimiento (setup and hold times)

Cargabilidad en DC

Una salida debe drenar

corriente de la carga

cuando se encuentre en

el estado BAJO (L).

Una salida debe surtir

corriente a una carga

cuando se encuentre en

estado ALTO (H).

Reducción del voltaje de salida

La resistencia del transistor en “off” es > 1 M, pero la del

transistor en “on” no es cero,

– Existirá una caída de voltaje a través del transistor en “on”,

V= IR

Para cargas “CMOS”, la corriente y la caída de tensión son

despreciables.

Para entradas TTL, LEDs, terminaciones u otras cargas

resistivas las corrientes y la caída de tensión son

significativas y deben ser calculadas.

Cálculo de las tensiones y corrientes de

carga: observaciones

Se deben conocer las resistencias en “on” y en “off” de los

transistores.

Si existen corrientes de fuga significativas, éstas deben

tomarse en cuenta.

Se deben conocer las características de la carga

– Equivalente de Thevenin

Calcular para el estado ALTO y BAJO

Limitaciones en la carga DC

Si Ia carga es excesiva, el voltaje de salida se irá fuera del rango

válido de voltaje para un nivel lógico.

VOHmin, VIHmin

VOLmax, VILmax

Especificaciones de capacidad decarga en la salida

VOLmax y VOHmin se especifican para ciertos valores de corriente de salida,

IOLmax y IOHmax.

– No es necesario conocer detalles sobre el circuito de salida, sólo la

carga.

Especificaciones de carga de la entrada

Cada entrada de compuerta requiere cierta cantidad de corriente para manejarla en el

estado ALTO y en el estado BAJO.

– Estos valores son especificados por el fabricante.

Consideraciones para el cálculo del Fanout

– (Estado BAJO) La suma de los valores de IIL de las entradas manejadas no debe exceder el

IOLmax de la salida que las maneja.

– (Estado ALTO) LA suma de los valores de IIH de las entradas manejadas no debe exceder el

IOHmax de la salida que las maneja.

– Se necesita el equivalente Thevenin de las cargas que no son entradas de compuertas (LEDs,

resistores de terminación, etc.) para hacer los cálculos.

Hojas de datos del fabricante

74HCT00

Bibliografía

WAKERLY, J. (2001). DISEÑO DIGITAL, Principios y Prácticas. México: PEARSON EDUCACIÓN.