aula circuitos integrados

Antonio Chicco Página 1

CIRCUITOS INTEGRADOS

1- Introdução circuitos Integrados (CI) OS circuitos integrados são circuitos eletrônicos implementados numa única pastilha de um material semicondutor também designados por circuitos monolíticos ou por “chips”. A teoria dos circuitos integrados remonta a 1925 com o aparecimento do transístor-MOS (Metal-Óxido-Semicondutor) sendo apenas o primeiro circuito integrado desenvolvido nos anos 50 do século passado por Jack Kilby da Texas Instruments e por Robert Noyce da Fairchild Semiconductor. No entanto, problemas de controlo de qualidade e a utilização de alguns materiais permitiram a sua comercialização apenas nos anos 70. Os circuitos integrados são utilizados numa enorme variedade de dispositivos nomeadamente, em microcomputadores, equipamento de vídeo e áudio, telefones celulares, relógios, aplicações biomédicas, eletrônica de automóveis, etc. 1.1 – Definição e estrutura Os Circuito Integrados são um conjunto de portas lógicas, isto é associação de resistor, diodo e transistor fabricados em um único pedaço de material semicondutor (Silício ou germano) denominado substrato ou chip com cerca de 1,2 * 1,2 mm2 . O chip é confinado hermeticamente em um encapsulamento protetor plástico ou cerâmico a partir do qual saem pinos para conexão do circuito integrado com outros dispositivos (os fios de conexão medem cerca de 0,025 mm de diâmetro). Os pinos são numerados no sentido anti-horário quando o encapsulamento é visto de cima a partir da marca de identificação situada em uma das extremidades do encapsulamento. Cada circuito integrado pode desempenhar uma função concreta sem interessar-nos os componentes que contém no seu interior.

A tecnologia dos circuitos integrados é responsável pelo tremendo desenvolvimento dos sistemas digitais, uma vez que possibilitou a construção de circuitos eletrônicos digitais muito complexos a custos extremamente reduzidos. Em virtude da massificação do uso de Circuito


Integrado, torna-se necessário conhecer as características gerais desses circuitos e de algumas das famílias lógicas mais populares. Uma vez entendidas tais características, estaremos muito mais bem preparados para trabalhar no projeto de circuitos digitais. 1.2 - Vantagem dos Circuitos Integrados - Redução do custo peso e tamanho; O fator mais importante desta mudança é a grande redução que se conseguiu no tamanho dos circuitos. Esta redução trouxe consigo que todos os aparelhos eletrônicos ficassem menores e mais manejáveis para todo o mundo e daí vem o grande "boom" dos computadores nas últimas décadas, assim como das calculadoras, relógios, e outros aparelho e dispositivos eletrônicos. - Aumento da fiabilidade; Os aparelhos realizados com CIs são os mais fiáveis por vários motivos; Primeiro: porque nos fabricados com componentes discretos temos que juntar a fiabilidade de cada um dos elementos que compõem o circuito para obter a fiabilidade total; Segundo: porque se utilizam técnicas de fabricação muito modernas, muito estudadas e se fabricam com muito pormenor em cada uma das fases pelas que passam. Ao ser muito mais reduzido o espaço de interconexão, as possibilidades de falha são muito menores e, por último, devemos pensar no encapsulamento deste tipo de CI que faz que estejam muito mais protegidos. - Maior velocidade de trabalho; Uma das metas que continuamente têm os projetista de circuitos eletrônicos é conseguir aumentar a velocidade de resposta dos seus componentes. Isto se consegue totalmente com os CIs dado que,ao estarem todos os elementos num espaço tão reduzido, os sinais passam rapidamente de uns a outros aumentando-se assim a velocidade consideravelmente e relação aos circuitos construídos com componentes discretos. - Redução das capacidade parasita;

Dois dos mais importantes elementos parasitas de um CI, a resistência de canal e a capacitância da porta. Estes elementos fazem com que o transistor não possa ser considerado mais uma chave ideal e, dessa forma, tenha influência direta no comportamento elétrico do circuito. Uma das métricas mais importantes associadas aos circuitos digitais é o tempo que a saída de circuito (ou porta lógica) demora em responder a um estímulo na sua entrada, ou seja, depois de quanto tempo o sinal de saída irá sofrer uma transição em virtude de uma transição do sinal de entrada. Esta métrica é conhecida como tempo de propagação ou atraso. Nos circuitos integrado como os elementos estão interligados a distancias muito mínimas faz com que a capasitancia parasita seja bastante reduzidas em relação a de outros componentes eletrônico, permitindo assim tempos de propagação do sinal menores.


- Menor consumo de energia;

O consumo de energia elétrica do circuito digital é divido em um componente dinâmico e outro estático. Nos circuitos CMOS, o consumo estático é idealmente nulo, sendo isto uma das principais vantagens dos circuitos projetados nesta tecnologia. Consumo dinâmico é aquele associado às transições entre os níveis de tensão nas entradas e saída das portas, sendo por sua vez dividido em consumo de carga e consumo de curto-circuito. Consumo de carga é a energia necessária para carregar a capacitância de saída das portas. Consumo de curto-circuito é a energia que flui entre VDD e GND nos momentos intermediários das transições de entrada, nos quais a rede pull-up e a rede pulldown apresentam caminhos simultaneamente ligados. Se o circuito foi bem projetado, a corrente de curto é pequena e o principal responsável pelo consumo dinânico é a corrente de carga. Consumo estático é aquele associado à energia que flui entre VDD e GND nos momentos em que não há transição alguma nos sinais. As correntes de fuga (correntes elétricas que fluem através de dois pontos entre os quais deveria haver idealmente uma resistência infinita) são as responsáveis por este consumo. - Redução de erro na montagem; Ao substituir os circuitos integrados por um monte de "peças" dentro de um circuito conseguimos várias coisas: primeiro se produz uma redução muito importante nos erros de montagem, dado que esta costuma ser simples e com poucas ligações, ao produzir-se uma avaria a localizamos muito melhor e não é necessário ter um monte de peças de reposição para cada elemento. Por último, e embora em princípio possa parecer um inconveniente, sabemos que quando se produz uma avaria num CI, esta costuma ser muito difícil de solucionar e é necessário substituí-lo por outro novo, isto supõe uma vantagem devido ao tempo, materiais e conhecimento do funcionamento interno que poupamos e, como vimos antes, o custo de um CI não é muito elevado.

Os microprocessadores contêm numerosos componentes

integrados num só circuito.


Uma das aplicações dos CIs que cresceu muito nos últimos anos foi a dos microprocessadores. Um microprocessador é um CI composto por uma das partes mais importantes de um computador: a CPU, unidade central de processamento. Como todos os CIs, o microprocessador tem um tamanho muito reduzido. Graças ao tamanho reduzido, e a outros avanços tecnológicos, se conseguiu passar em poucos anos dos grandes computadores, que ocupavam quartos inteiros e eram muito difíceis de manejar, necessitando profissionais muito qualificados que dedicavam muitas horas para fazer pequenas operações, aos computadores pessoais, PC, muito menores, mais manejáveis, fáceis de usar e econômicos, e que passaram a formar parte de nossa vida: medicina, bancos, indústria, investigação, etc. A importância dos CIs é incalculável e cada dia que passa se vão reduzindo mais as suas dimensões e aumentando a sua velocidade de resposta. 1.3- Desvantagem ou Limitações dos Circuitos Integrados Apesar da sua enorme utilização, nem tudo são vantagens nestes diminutos elementos. Existem alguns inconvenientes, embora não tão importantes como para conseguir influir na enorme popularidade dos circuitos integrados. Entre os inconvenientes podemos dizer que nem todos os elementos discretos que conhecemos podem ser integrados num CI. Por exemplos indutores ( Bobinas) não se podem integrar. Os resistores e os capacitores tem limitações nos valores que podem ser integrados , devido ao fato de que quanto maior seja o CI, muito maior será o seu custo. Por esta razão, um resistor costuma estar limitado a ter quando muito 20k e um capacitor 100 pF. Devido a esta limitação, estes elementos, capacitores e resistores, se retiram muitas vezes dos CIs e ao montarmos o circuito os ligamos exteriormente. Também se produz um inconveniente ao não ser muito recomendável integrar juntos transistores PNP e NPN, pois há muitos circuitos que estão compostos por ambos tipos de transistores. A tensão que se aplicar aos circuitos integrados também está limitada, sendo recomendável que o valor desta não exceda os 20 volts. Antes dissemos que o preço de um circuito integrado era bastante reduzido e isto não é completamente verdadeiro, pois pretendermos um circuito integrado especial à medida, este fica muito caro. Por último, dentro dos inconvenientes citados, podemos ter problemas com a potência dissipada, dado que, ao estarem os elementos tão juntos, as correntes grandes podem produzir calor e, ao aumentar muito a temperatura, pode chegar a estragar o circuito. Podemos concluir que as principais limitações nos Circuitos Integrados são: - Possui limitações nos valores dos resistores e condensadores a integrar;

- Reduzida potencia de dissipação; - Limitações nas tensões de funcionamento; - Não permite integração de Indutores (bobinas); - dificuldade na interligação de transistor NPN e PNP.


2 - Classificações dos Circuitos Integrados Podemos fazer vários tipos de classificações conforme os seguintes critérios:

2.1 - Quanto a sua complexidade ou pelo numero de portas lógicas equivalentes no seu substrato Existem atualmente seis níveis de complexidade que são normalmente definidos como:

Os Circuitos Integrados SSI- Small Scale Integration ( Escala pequena de integração) Correspondem a circuitos integrados em cuja constituição existe menos de 12 portas lógicas São usados como interface ou ponte entre os chips mais complexos. Geralmente pequenas combinações de porta discretas são usadas para conectar CIs maiores entre si ou a dispositivos externos. Como exemplo citamos os circuitos integrados com portas lógicas e alguns biestáveis

Circuitos Integrados MSI -Médium Scale Integration (Escala media

de Integração) Corresponde a circuito integrados com mais de 12 e menos de 100

portas individuais, alguns exemplos são os multiplexadores desmultiplexadores,codificadores,Decodificadores,Unidade Lógica Aritmetica(ALU),contadores e conversores.

Circuito Integrado LSI - Large Scale Integration ( Escala larga de

Integração) Correspondem a circuito integrado com mais de 100 e menos de 1000

portas, por exemplo, as memórias programáveis os multiplicadores e os registos.

Circuito Integrados VLSI - Very large scale Integration (Muito alta

escala de integração) Corresponde a circuito integrado com mais de 1000 e menos de

1000000 portas individualizadas tais como processadores, micro-controladores.

Circuitos Integrados ULSI - Ultra Large Scale Integration (Escala de

Integração Ultra Larga) Correspondem a circuitos integrados com mais de 100000 ate cerca

de 1000000 individualizadas. Circuito Integrado GSI- Giga Scale Integration ( Escala de Integração

Giga). Correspondem a circuitos integrados com mais de 100000 portas

individualizadas.


2.2 - Quanto ao tipo de transistor utilizado na fabricação Uma destas classificações está baseada no tipo de transistores que emprega-se na fabricação do circuito integrado:

Circuito Integrado Bipolar, quando se fabrica a base de transistores bipolares, NPN e PNP,

Os circuito bipolares mais importantes são: RTL – Resistor Transistor Logic – Lógica de transístor e resistência. DTL – Díode Transistor Logic – Lógica de transístor e díodo. TTL – Transistor Transistor Logic – Lógica transístor-transístor. HTL – High Threshold Logic – Lógica de transístor com alto limiar. ECL – Emitter Coupled Logic – Lógica de emissores ligados. IIL – Integrated-Injection Logic – Lógica de injecção integrada.

Tecnologia TTL: uma tecnologia que foi muito usada e que estabeleceu critérios e normas. Utiliza transistores bipolares a funcionar ao corte ou na saturação. Tem um comportamento medio no que diz respeito ao tempo de propagacao por porta ( a velocidade da porta), ao consumo em energia el´ectrica e `a potencia dissipada sob a forma de calor. Os circuitos com esta tecnologia formam a famiılia TTL, que se subdivide em varias sub-familias com caracterısticas diferencia-das, mas todas compatıveis entre si. Dado ter-se tornado muito popular. Esta família tem as duas grande serie 54/74 , 9N, 82, 93, 96 Para fins comerciais, utiliza-se a série 74, enquanto que para fins militares utiliza-se a série 54 Tecnologia ECL: utiliza transistores bipolares na zona ativa. E a tecnologia Tecnologia ECL mais rapida comercialmente disponível. Tem um consumo muito elevado. E de relativamente difıcil utilização. Esta reservada a nichos de aplicação Muito reduzidos.

Circuito Integrado Unipolares (CMOS), quando se usam transistores de efeito campo mais conhecidos como MOS.O circuitos Unipolares mais importantes são:

CMOS – Complemantary MOS – MOS de pares complementares

NMOS/PMOS NMOS – Utiliza só transístores MOS-FET canal N. PMOS - Utiliza só transístores MOS-FET canal P.


CI Unipolares são aqueles que usam transistores Unipolares por efeito de campo (MOSFET canal p e canal N) como seu elemento principal. Tecnologia CMOS: a outra tecnologia de grande divulgação. Utiliza transistores MOS com canais de 2 tipos. E relativamente mais lenta que a TTL, mas consome menos. Recentemente, os ganhos de velocidade da tecnologia CMOS, combinados com a grande capacidade de integração e os baixos consumos energéticos e potencia dissipada, colocaram-na como a tecnologia mais importante no projeto e fabrico de CIs. Os circuitos com esta tecnologia formam a famılia CMOS, também dividida em diversas sub-familias. E a tecnologia em mais rápido crescimento. 2.3- Quanto ao encapsulamento Os circuitos integrados são pequenos cristais de silıcio germano ou Arsenato de Galio que para poderem ser facilmente utilizados, estão inseridos em invólucro que facilitam o seu manuseio e interligação. O desenvolvimento e avanço nos circuitos integrados continuam cada vez mais rápido. O mesmo pode ser dito quanto aos encapsulamento de CIs,existe uma variedade de encapsulamento que diferem no tamanho físico,nas condições ambientais e de consumo de energia sobre os quais o dispositivo pode operar confiavelmente e no modo pelo qual o encapsulamento do CI e montado na placa de circuito impresso. Os circuito integrados classificam-se quanto ao encapsulamento em: Circuito Integrado SIL Os pinos estam colocados em um única linha. Alguns integrados pré-amlificadores, e mesmo alguns amplificadores de certa potência, para áudio, apresentam esta configuração.

Circuito Integrado DIP ou DIL Os pinos estam espostos em duas linhas do CI.

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Circuito Integrado SOIC” asa de Gaivota “gull-swing” SOIC – Small-Outline Integrated Circuit – é semelhante a um DIP em miniatura e com os pinos dobrados (curvados).

Circuito Integrado PLCC PLCC – Plastic-Leaded Chip Carrier – tem os terminais dobrados para debaixo do corpo. Tem os pinos nos formatos da letra J que se curvam sob o CI ,estes CI podem ser montados directamente sobre a placa de circuito impresso ou em soquete especiais, eles são usados em CI que precisarão de ser subtituido em reparo ou precisarão de uma actualuzacao9reprogramacao).

LCCC – Leadless Ceramic Chip Carrier – não tem pinos. No seu lugar existem uns contactos metálicos moldados na cápsula cerâmica


Encaplusulamento Flat As cápsulas planas têm reduzido volume e espessura e são formadas por terminais dispostos horizontalmente. Pelo facto de se disporem sobre o circuito impresso a sua instalação ocupa pouco espaço.

TO-5 Têm um corpo cilíndrico metálico, com os terminais dispostos em linha circular, na sua base. A contagem dos terminais inicia-se pela pequena marca, em sentido horário, com o componente visto por baixo.


Encapsulamentos especiais As cápsulas especiais são as que dispõem de numerosos terminais para interligarem a enorme integração de componentes que determinados chips dispõem (por exemplo, CI contendo microprocessadores).

Alguns soquetes usados para conexão dos circuitos integrados a placa.


2.4 – Quanto a sua aplicação. Tendo em conta o tipo de sinais com os que vão trabalhar os circuitos integrados, podemos encontrar CIs digitais, CIs analógicos ,CIs hibrido .

Circuito integrado analógico: Trabalham com sinais analógicos Como exemplo destaca-se o amplificador operacional, mas há outros tão interessantes como este. Podemos mencionar os amplificadores integrados que equipam tanto os modernos equipamentos de rádio-cassette para carro como os equipamentos Hi-Fi caseiros. Também destacam os integrados destinados aos equipamentos de recepção (e emissão) de rádio, TV e comunicações em geral. Outro campo de aplicação dos integrados lineares é o dos sensores integrados, embora este item o compartam com os circuitos de tipo híbrido que depois comentaremos.

Circuitos Integrados de Potencia Alguns integrados de potência têm uma cápsula extremamente parecida com a dos transístores de potência. Algumas observações importantes a respeito das aletas de acoplamento aos dissipadores de calor: As aletas podem ser fixadas a dissipadores de alumínio em método idêntico ao utilizado nos transístores de potência. Acoplar-se as aletas à própria caixa (se for metálica) que contém o circuito. As aletas podem ser soldadas a uma das faces de cobre do circuito impresso (no caso de uma dupla face). As aletas, quase sempre estão ligadas electricamente por dentro do c.i., ao pino correspondente ao negativo da alimentação (massa

Aleta metálica

Dissipador

de calor


Circuito Integrado digital: Que, como o seu nome indica, trabalham com sinais digitais. Além das simples funções OR AND , NOT etc , os circuitos digitais podem conter funções lógicas complexas, memória volátil e não volátil, Unidade Central de Processamento ou CPU, micro-controladores, registros de deslocamento, etc.

Circuito Híbridos: A este circuitos pertencem aos circuitos tais como os conversores de nível, os conversores Analógico- Digital (A/D) ou os Digitais- Analogico (D/A). Um conversor de nível será, por exemplo, aquele que está destinado a compatibilizar as diferentes famílias lógicas. 2.5- Quanto a fabricação Quanto ao processo de fabricação os circuitos integrados podem ser: - Circuito Integrado Monolítico Seu processo de fabricação baseia-se na técnica plana, no qual todos os componentes se formam ao mesmo tempo em um substrato semicondutor. - Circuito integrado pelicular fabricação com película delgada (thin Film) ou pelica grossa (Think Film) Na tecnologia de filme fino e na de filme grosso os resistores e capacitores de valores pequenos se fabricam no substrato, mas os resistores se formam sobre a superfície de um semicondutor mas o fazem sobre um material isolador que pode ser vidro ou um material cerâmico.

- Circuito Integrado Hibrido Os circuitos híbridos que combinam a fabricação monolítica com a de multilâmina ou a de camadas finas. 3 - Terminologias e Parâmetros dos circuitos integrados Apesar do grande número de fabricantes de circuitos integrados, grande parte da nomenclatura e da terminologia empregadas nesta área são mais ou menos padronizadas. Os termos mais usuais serão definidos e discutidos a seguir Embora existam muitos fabricantes de CIs a maior parte da nomenclatura e da terminologia é razoavelmente padronizada. Os termos mais úteis são definidos e discutido a seguir.

Parâmetros de Corrente e Tensão VIH(Min) – High –level input voltage(Tensão mínima de entrada em nível

alto) O nível de tensão mínimo requerido para o nível lógico 1 em uma entrada, qualquer tensão abaixo desse nível não será aceita como nível alto pelo circuito lógico.


VIL(Max) – Low level input voltage (Tensão máxima da entrada em nível baixo) O nível Maximo de tensão requerido para o nível lógico 0 em uma entrada, qualquer tensão acima desse nível não será aceita como nível baixo pelo circuito lógico.

VOH(Min) – High level output voltage (Tensão de saída em nível alto) O nível de tensão mínimo na saída de um circuito lógico no estado lógico 1 sob determinadas condições de carga. VOL(Max) – Low level Output voltage (Tensão da saída em nível baixo) o nível de tensão Maximo na saiada de um circuito no estado lógico 0 sob determibnado condições de carga. IIH -High level input current (Corrente de entrada em nível alto)

Corrente que flui para uma entrada quando uma tensão de nível alto especificada e aplicada na entrada. IIL – Low level input current (corrente de entrada em nível baixo)

Corrente de Entrada Correspondente ao Nível Lógico Baixo, Valor da corrente que circula na entrada de um circuito digital, quando um nível lógico baixo é aplicado em tal entrada. IOH(mínimo) – High level Output current (Corrente de saída em nível alto)

Corrente de Saída Correspondente ao Nível Lógico Alto. Valor da corrente que circula na saída de um circuito digital, quando um nível lógico alto é gerado em tal circuito, respeitadas as limitações para carregamento da saída. IOL (máximo) – Low level Output current ( Corrente de saída em nível baixo)

Corrente de Saída Correspondente ao Nível Lógico Baixo Valor da corrente que circula na saída de um circuito digital, quando um nível lógico baixo é gerado em tal circuito,respeitadas as limitações para carregamento da saída.


3.1 - Nomenclatura dos circuitos integrados Para a leitura e identificação de CI os fabricante inscrevem no

encapsulamento o código do Circuito Integrado. Normalmente é definido Por: XXXX VVVV ZZZ TTT

Exemplo : SN 74 LS 00 ; JN 74 S 04 , SN 74 HC 04 , DM74L00 Nomeclatura geral de Circuitos Integrados

Código Fabricante XXXX

Serie do Circuito Integrado VVVV

Características Circuito integrado ZZZ

Numero do Circuito Integrado TTT

L: Low power = dsipación de potencia muy baja

LS: Low power Schottky = disipación y tiempo de propagación pequeño.

S: Schottky = disipación normal y tiempo de propagación pequeño.

AS: Advanced Schottky = disipación normal y tiempo de propagación extremadamente pequeño.

AC/ACT : Advanced CMOS Logic (Lógica Avanzada Del Cmos)

AHC/AHCT : Advanced High-Speed CMOS Logic (Lógica De alta velocidad Avanzada Del Cmos)

AS :Advanced Schottky Logic (Lógica Avanzada De Schottky) velocidad media, alto mecanismo impulsor, 5 V VCC


Nomenclatura de Circuitos Integrados TTL

Serie TTL Prefixo Exemplo de Circuito Integrado

TTL padrão 74 7404

TTL Schottky 74 S 74S04

TTL Schottky de baixa potencia

74 LS 74LS04

TTL Schottky avançada 74 AS 74AS32

TTL Schottky avançada baixa Pot.

74 ALS 74 ALS04

Versão Identificação

da série

Tempo de

atraso de

propagação

por porta

Consumo de

potência por

porta

Observações

Standard 54 / 74 10ns 10mW comum

Low power 54L / 74L 33ns 1mW baixíssimo

consumo

High speed 54H / 74H 6ns 22mW alta

velocidade

Schottky 54S / 74S 3ns 20mW altíssima

velocidade

Low Power Schottky 54LS / 74LS 10ns 2mW baixíssimo

consumo

Nomenclatura de Circuito Integrado CMOS

Serie CMOS Prefixo Exemplo de circuito Integrado

CMOS de porta Metálica com pinagem compatível com a serie TTL

74C 74 C02

CMOS de porta silício;alta velocidade; pinagem compatível com a serie TTL

74 HC 74 HC 02

CMOS de porta de silício; alta velocidade;pinagem e parâmetro elétricos compatíveis com TTL

74 HCT 74 HCT 04

CMOS de alta performace ;pinagem e parâmetro elétricos incompatível com TTL

74 AC 74 AC 02

CMOS de alta performace ;pinangem não compatível com TTL; parâmetro elétricos

74 ACT 74 CT02


compatíveis com TTL

Exemplo: SN 74 LS 00 ; JN 74 S 04 , SN 74 HC 04 , DM74L00 4 - Características elétricas dos CI 4.1 - Alimentação e Terra Para usar os CI é necessário que se faça as conexões apropriadas aos pinos do CI. As conexões mais importante são as de alimentação CC(Corrente continua DC) e terra ( GND Ground). Essas conexões são necessárias para que o circuito no chip opere corretamente. O pino de alimentação é denominado Vcc para os circuito do tipo TTL e VDD para os circuitos CMOS.(muitos circuito integrado CMOS são projetados para serem compatíveis com os TTL também usam a designação Vcc para o pino de alimentação.

OBS: Caso os pinos GND e Vcc ou VDD não forem conectadas as portas lógicas não irão funcionar corretamente e não fornecera os níveis lógico de saída esperado. Faixa de tensão para os níveis lógicos Para dispositivo TTL,VCC é +5V e para dispositivo CMOS VDD pode estar situado na faixa que vai de 3 V a 18 V , embora 5 V seja a tensão mais usada,principalmente quando dispositivo CMOS são usados em um mesmo circuito em conjunto com dispositivo TTL. Para os dispositivos TTL as faixas de tensão de entradas aceitáveis para os níveis lógico 0 e 1 são definido como mostrado na figura abaixo.

Um nível lógico 0 corresponde qualquer tensão na faixa de 0 V a 0.8V um nível lógico 1 corresponde a qualquer tensão na faixa de 2V a 5 V.


As tensões fora destas faixas são denominadas indeterminadas e não devem ser usado como entradas de qualquer dispositivo TTL. As faixas de tensões para o CMOS é de VDD, tensões entre 0V e 1,5 V são definidas como sendo nível lógico 0 e as tensões entre 3,5V e 5 V (Pod atingir ate os 15V) como sendo nível 1.

Em alguns casos para permitir compatibilidade com os TTL temos 0,3 a 0,5V para nível lógico “0” e de 2,4 V a 5 V para nível lógico Alto “1”


4.2 - Entradas não conectadas Uma entrada não conectada é denominada de entrada flutuante. Uma entrada flutuante em um circuito TTL funciona exatamente como se estivesse em nível lógico 1, em outras palavras o CI responde como se na entrada tivesse sido aplicado um nível lógico Alto. Uma entrada flutuante em TTL é extremamente suscetível a sinais de ruído que provavelmente afetação de forma adversa o funcionamento do circuito. Se um CI CMOS for deixada com entrada flutuante pode ter resultado desastroso, o CI pode superaquecer e possivelmente se danificar, por esta razão as entradas flutuantes devem ser conectadas ao nível lógico baixo ou alto ou então ligar a saída de outro CI.


6 - FAN – Out ou Acionamento de carga Geralmente as saídas de um circuito lógico necessitam acionar varias entradas lógicas. Algumas vezes todos os CI em um sistema digital pertencem a uma mesma família lógica, porem muitos sistemas fazem uso de diversas famílias lógico. O FAN-OUT ou Acionamento de carga é definido como o numero Maximo de entradas lógicas que uma saída pode acionar com segurança quer dizer o numero de porta de entrada do tipo idêntico que e possível ligar a saída de uma porta, esta informação normalmente e fornecida pelo fabricante do CI, mais pode ser calculada a partir dos dados de corrente de saída e de entrada das portas. Por exemplo uma porta lógica que tem um Fan –Out de 10 pode acionar 10 entradas lógicas se esse numero exceder a tensão de nível lógico de saída não poderá ser mais garantida.

Fan-Out (baixo) = Iol(Max) / Iil(Max)

Fan-out (alto) = Ioh(max) / Iih(max) A folha de especificação do circuito 74LS04A indica os seguintes valores Maximo IOH = 0,4 mA , IOL = 8 mA, IIH = 20μA IIL = 0,1 mA. Calcular o Fan-Out em cada uma dos níveis lógicos pela relação entre a corrente fornecida e a corrente recebida.

Fan-Out (baixo) = Iol(Max) / Iil(Max)

Fan-Out (baixo) = 8 / 0.1 Fan-Out (baixo) = 80

Fan-out (alto) = IOH(max) / IIH(max)

Fan-Out = 0.4 / 20

Fan-out (alto) = 20 “Não esquecer de ajustar as unidades de corrente ao realizar os cálculos”

Como neste caso o FAN-Out (Alto) é diferente do FAN-Out (Baixo), mas terá de passar pela porta ambos os níveis lógicos, terá que se usar o menor valor. Portanto será possível ligar um Maximo de 20 portas do mesmo tipo a saída de uma porta 74ALS04. O resultado da violação da especificação de FAN-Out de uma porta será um abaixamento da tensão que devera levar a interpretação incorreta do sinal lógico produzido por aquela porta. Convém ter uma noção dos valores típico de Fan-out para as portas TTL giram entorno de 10 a 20 (em CI de baixo consumo), Para as portas CMOS este valor é superior a 100. Os CMOS tem um FAN-Out muito elevado em relação aos TTL isto devido ao facto de os CMOS ter um consumo mais baixo. No entanto poderemos evitar as limitações do FAN-Out introduzindo circuitos Buffers que reponham os níveis de tensão e a capacidade de fornecer corrente


O Fan-In indica a quantidade máxima de saídas que podemos ligar a uma entrada. FAN-In corresponde diretamente ao numero de entradas de uma porta quer dizer uma porta de 4 entrada tem um Fan-In de 4 entrada. 6.8 - Atraso de propagação (Retardo de propagação) Um sinal lógico sempre sofre um atraso ao atravessar um circuito, os dois tempos da atraso de propagação são definidos a seguir:

tpLH :Tempo de atraso do estado lógico 0 para estado lógico 1( Baixo para

alto)

tpHL : tempo de atraso do estado lógico 1 para o estado o ( Alto para Baixo)

Em geral o tpLH e tpHL não tem o mesmo valor e ambos variam dependendo das condições de carga capacitiva do circuito integrado. Os valores dos tempos de propagação são usados como uma medida de velocidade relativa dos circuitos lógicos. Por exemplo um circuito lógico com valor de 10 ns é mais rápido a propagar o sinal do que um circuito com valor de 20 ns sob determinadas condições de carga.

7 - Requisito de Potencia Todos os CI necessitam de uma certa quantidade de potencia elétrica para operar, essa potencia é fornecida por uma ou mais tensões da fonte de alimentação conectada nos pinos da alimentação do CI. Normalmente existe apenas um terminal para alimentação do chip que é identificado como Vcc ou VDD. A quantidade de potência de que um CI necessita é determinada pela

corrente Icc que ele consume da fonte de alimentação Vcc e a potencia real

é o produto de ICC * VCC.

Para muitos CI a corrente consumida da fonte depende do estado lógico do circuito.

Se o estado logico de saída for “0” então a corrente será IccL Se o estado lógico de saída for “1” então a corrente será IccH

Em geral IccL e IccH tem valores diferentes, a corrente media é calculada

considerando-se que as saidas das portas permanecem em nível baixo durante a metade do tempo e em nível alto durante a outra metade

Icc(med) = ( IccH + IccL) / 2


Para calcular a potencia media de consumo de um CI

PD= Icc(med) * Vcc 8 - Produto Velocidade _Potencia As famílias de CI tem sido caracterizada pela a velocidade ou pela potencia.Geralmente é mais desejável obter atraso de propagação menores (alta velocidade) e baixo consumo ou baixo valor de potencia dissipada. Uma forma comum para medir e comparar a performance total de uma família de CI é o produto Velocidade_potencia, que é obtido multiplicando-se o atraso de propagação da porta pela dissipação de potencia da mesma. Suponhamos que um CI tenha atraso médio de 10ns e um potencia de dissipação de 5mw, o produto Velocidade_Potencia será:

Velocidade X Potencia = 10ns *5mw Velocidade X Potencia = 50 pJ (picoJoule)

Hoje pretende-se que o produto Velocidade_Potencia seja o mais baixo possível e o que os projetista estejam trabalhando e projetando CI com maior velocidade de propagação isto é reduzindo o atraso ou diminuído sua potencia de dissipação. Conclui-se que O produto atraso-potência tende a ser constante para uma particular tecnologia de fabricação de circuitos digitais e pode ser utilizado para comparar diferentes tecnologias. Obviamente, quanto menor o valor de o valor de Velocidade_Potencia, melhor a tecnologia do ponto de vista de maior velocidade e menor consumo de potência. 9 - Imunidade ao Ruído Campos elétricos e magnético parasitas podem induzir tensões nos fios de conexão entre os circuitos lógicos. Estes sinais espúrios indesejáveis são chamados de ruídos e podem ocasionalmente fazer com que as tensões na entrada de um circuito lógico caia baixo de Vih(min) ou aumente alem de Vil(Max) o que produzira uma operação inesperada. A imunidade ao ruído de um circuito lógico se refere a capacidade do circuito em tolerar ruído sem provocar alterações espúrias na tensão de saída ou seja é o nível de ruído(tensão) que um determinado tipo de circuito pode estar sujeito sem conduzir a uma interpretação errada do nível lógico presente. A medida quantitativa da imunidade ao ruído é chamada de margem de ruído. Margem de ruído para o estado alto.

VNH= VOH(mim) – VIH (min) A diferença entre a menor saída em nível alto e a menor tensão de entrada em nível alto. Quando uma saída lógica em nível alto esta acionando uma entrada de um

circuito lógico , qualquer spike de ruído negativo maior do que VNH que

apareça na linha de sinal pode fazer com que a tensão va para a faixa indeterminada onde uma operação imprevisível pode ocorrer.


Margem de ruído para estado baixo

VNL = VIL(Max) – VOL(Max)

A margem de ruído para o estado baixo é a diferença entre a maior saída em nível baixo e a maior entrada requerida para o nível baixo. Quando uma saída lógica em nível baixo esta acionada uma entrada lógica

qualquer Spike de ruído positivo maior do que VNL pode fazer com que a

tensão vá para a faixa indeterminada.

Quanto maior for a margem de ruído melhor devera o circuito resistir a corrupção dos níveis lógicos sem uma interpretação incorreta do valor lógico, pelo que neste caso a lógica CMOS esta em clara vantagem. Suponhamos que para um CI do tipo TTL VoH = 2.4 V VoL= 0,8 V VIH = 2 V VIL= 0.5 V podemos determinar a margem de ruído em nível Alto e Baixo. Calcular a margem de ruído para um CI CMOS VIL = 0.1 V VIH= 3.85 V VOH= 4,9 V VOL= 1.35 V 10 - Níveis de tensão invalido Para operar adequadamente os níveis de tensão de entrada de um circuito lógico devem ser mantidos fora das faixas indeterminadas mostradas na figura abaixo.


Isto se ele tem de ser menores do que Vil(Max) ou maiores do que Vin(mim) .

para as especificações da serie TTL as tensões deve ser menor que 0,8 e maior que 2 , uma tensão de entrada entre o,8V e 2V é considerada uma tensão de entrada invalida que produz uma resposta de saída imprevisível e portanto teve ser evitada. Numa operação de circuitos digital normal uma tensão de entrada não estará dentro da região invalida, pois ela vem de uma saída lógica que esta dentro das especificações apresentadas. Entretanto quando essa saída lógica tem problemas de funcionamento ou de sobrecarga então sua tensão pode estar dentro das tensões invalidas. Os níveis inválidos de tensão em CI também podem ser causados por tensões de alimentação que estejam fora da faixa aceitável. 10.1 - Folha característica de CI. Analise de CI TTL SN7400


11 – Estudo comparativo entre circuitos integrados TTL e CMOS. O mercado actual de CI mostra um grande domínio da lógica CMOS em relação a TTL , apesar disto faz sentido analisar ambas as tecnologia comparando-as em termo das características fundamentais 11.1 - Consumo de Energia Os CI como é facilmente perceptível da analise de funcionamento apenas tem um consumo significativo no momento de transição da saída entre níveis. Fora desta situação em função da elevada resistência de entrada destes transistores e do fato de apenas estar a funcionar o conjunto de transistor p ou N em cada momento o consumo é desprezível. Resultado daqui sendo por isso conveniente analisar a informação do consumo numa estática (sem comutação) e uma determinada freqüência.


11.1 - Velocidade As famílias CMOS inicial eram lentas comparando com a família TTL, no entanto esta situação foi corrigida e atualmente é possível encontrar dispositivos CMOS com velocidades de comutação semelhantes às TTL 11.2 - Produto Velocidade_Potencia O produto consumo(Potencia)_Velocidade é uma espécie de fator de mérito do circuito integrado, isto pode ser calculado por duas características do circuito a Potencia dissipada e o tempo de propagação. O circuito será tanto melhor quanto mais baixo for este produto.

Na realidade o produto Velocidade _Potencia nos CMOS é relativamente duas

ordens de grandeza mais baixo do que nos CI TTL.

Características Gerais da Família C-MOS

A família C-MOS possui circuitos integrados disponíveis nas séries comerciais 4000 e 74C, sendo esta última semelhante à TTL (com relação à pinagem dos circuitos integrados e função dos blocos disponíveis).

Além destas, a família C-MOS também possui versões de alta velocidade e melhor desempenho: 74HC/74HCT (High-speed C-MOS), sendo a HCT especialmente desenvolvida para atuar com parâmetros de tensões

compatíveis com a família lógica TTL-LS e as apropriadas para operar com baixa tensão de alimentação: 74LV/74VC (Low Voltage CMOS).

Os circuitos integrados C-MOS são dimensionados para operar na faixa de temperatura de -40 a +85 C nas séries comuns, e nas variações de uso militar na faixa de -55 a +125 C. Os principais parâmetros encontrados nos manuais com nomenclaturas originais:

Alimentação (Vdd):

Esta família permite para as séries 4000 e 74C operar na faixa de 3V a 15V, para a versão HC de 2V a 6V e para a HCT de 4,5V a 5,5V.

Para as séries de baixa tensão temos: a faixa de 1V a 3,6V para a LV e 1,2V a 3,6V para a LVC.

Podemos notar que esta família e suas versões apresentam a vantagem de possuir uma larga faixa de tensão de alimentação, não necessitando de regulagem precisa na fonte como no caso da família lógica TTL.

Níveis de tensões e correntes de entrada e saída:

De maneira geral, apresentam nas entradas, valores de V IL (máx.) iguais a 30% do Vdd e V IH(min.) iguais a 70% do Vdd, com exceção da versão HCT


que possui estes níveis iguais a TTL-LS. Nas saídas dos blocos, devido principalmente ao baixo consumo de corrente na ligação com o bloco seguinte , apresentam valores muito próximos a 0V (V OL máx.) e Vdd (V OH min.).

A tabela a seguir apresenta os valores de tensões e correntes para a série 4000, operando com Vdd igual a 5V.

C-MOS série 4000

Parâmetros Valores Unidade

V IL 1,5 V

V OL 0,05 V

V IH 3,5 V

V OH 4,95 V

I OL 0,4 mA

I IL 1

I OH 0,4 mA

I IH 1

Tempo de atraso de propagação:

Nas séries mais comuns, o tempo de atraso de propagação médio é da ordem de 90ns, constituindo-se em uma grande desvantagem. O problema foi superado com o aparecimento das versões apropriadas para uso em alta velocidade (HC/HCT), com parâmetros compatíveis com os das versões TTL para a mesma finalidade. Para exemplificar, a tabela a seguir apresenta os parâmetros de velocidades para a série básica e as versões citadas, com tensão de alimentação igual a 5V.

Versão Tempo de atraso de propagação típico

por porta

Frequência de clock máxima

4000 90 ns 12 MHz

HC/HCT 8 ns 55 MHz


Imunidade ao Ruído:

A margem de imunidade ao ruído para a família C-MOS é igual a 45% de Vdd, sendo muito alta se comparada com a família TTL. Devido a isso, estes blocos são adequados para serem utilizados em circuitos que operam em sistemas ou ambientes de alto nível de ruído.

Potência Dissipada:

O consumo de potência da família C-MOS (com Vdd=5V) é da ordem de 1nW por porta na série 4000 e 2,5nW por porta na versão 74HC,caracterizando-se em mais uma grande vantagem desta família.

Fan-Out:

Nesta família, de modo generalizado, Fan-Out é igual a 50, porém varia conforme as versões empregadas. Devido à compatibilidade de algumas versões com TTL, é comum nos manuais, encontrar este parâmetro definido para um carregamento da saída com TTL-LS, sendo este um menor valor (Fan-Out = 10 para HC/HCT).

Características Gerais da Família TTL

Alimentação (Vcc): Na família TTL temos para todos os CIs uma alimentação de 5V.

Para a série 54(série militar) temos Vcc mínimo = 4,5V e Vcc máximo 5,5V que são os valores dentro da tolerância permitida por esta série. No caso da série 74(série comercial) temos: Vcc mínimo = 4,75V e Vcc máximo = 5,25V


Veja na tabela a seguir, os níveis de entrada e saída para a versão padrão TTL Standard:

TTL Standard

Parâmetros Valores Unidade

VIL máx=0,8 V

VOL máx=0,4 V

VIH min=2,0 V

VOH min=2,4 V

IOL 16 mA

IIL 1,6 mA

IOH 400

IIH 40

Fan-out: Como a saída de uma porta lógica tem uma capacidade limitada de fornecimento ou drenagem de corrente,existe um limite para a quantidade de entradas que poderão ser excitadas, sem que haja alteração dos níveis lógicos 0 e 1.O Fan-out em sua versão padrão é igual a 10, ou seja, podemos ligar à saída deste bloco no máximo outros 10 blocos similares.


Tempo de atraso de propagação: É o tempo que demora entre o instante que aplicamos os níveis lógicos na entrada e o instante em que obtemos a resposta na saída,esse tempo varia de acordo com a versão que for utilizada, sendo o valor médio aproximado de ordem de 10ns na versão mais comum.

TTL Standard

Parâmetros V. Típico Unidade

tPLH 11 ns

tPHL 7 ns

Margem de ruído: É o máximo desvio permissível aos níveis de entrada sem que haja mudança de estado lógico. É desejável que a margem de ruído seja a mesma para os níveis lógicos 0 e 1.

onde:

VNL = margem de ruído ou imunidade a ruído na entrada de um circuito lógico para nível lógico 0 (Voltage Noise Low).


VNH = margem de ruído ou imunidade a ruído na entrada de um circuito lógico para nível lógico 1 (Voltage Noise High).

VIL = tensão necessária na entrada do circuito para nível lógico 0 (Voltage Input Low).

VIH = tensão necessária na entrada do circuito para nível lógico 1 (Voltage Input High).

VOL = tensão na saída do circuito para nível lógico 0 (Voltage Output Low).

VOH = tensão na saída do circuito para nível lógico 1 (Voltage Output High).

A determinação de VNL e VNH é simples:

No nível lógico 1:

VNH = VOH(mínimo) – VIH(mínimo) = 2,4 – 2,0 = 0,4V

No nível lógico 0:

VNL = VIL(máximo) – VOL(máximo) = 0,8 – 0,4 = 0,4V

Então temos Margem de ruído = 0,4V. Portanto, a margem de imunidade ao ruído para a família TTL é igual a 0,4V, sendo considerada baixa em relação a família C-MOS. A margem correta de imunidade ao ruído específica para a família TTL é obtida supondo a ligação da saída de um CI para a entrada de outro, sendo definida pela margem de segurança colocada pelo fabricante entre os parâmetros de entrada e saída.

Potência Dissipada: A família TTL tem um consumo médio de potência de 10mW por porta na sua versão mais comum.

http://200.19.92.57/wschui/cix/cmosa.htm


11.4 - Ligação CMOS –TTL e TTL-CMOS Quando se pretende ligar lógica CMOS e TTL em conjunto existem diversas situações que devem ser verificadas, é necessario ver se os níveis de tensão e corrente de saída de uma porta são compatíveis com os respectivos valores de entrada das portas correspondente. No caso de ambas as tecnologia utilizarem tensões de alimentação diferente são necessário cuidados adicionais. As situações abaixo não são aplicáveis no caso de CI CMOS compatíveis com CI TTL 11.5 - Ligação TTL-CMOS a) Dispositivos com alimentação idêntica a ligacao de uma portas TTL a uma porta CMOS para dispositivo com alimentação identica , coloca o problema de o nível de tensão para valor lógico 1 na tecnologia TTL poderem ser demasiados baixo para serem corretamente interpretados na entrada da porta CMOS . Em termos de corrente e dos valores de tensão para o nível lógico 0 não existe problema. A resolução desta limitação passa por colocar uma resistência de Pull-Up de forma a repor a tensão de 5V quando a saída TTL esta no nível lógico 1.

b) Dispositivo com alimentacao distinta No caso que os dispositivos são alimentados com valores de tensão diferentes o problema que surge é exatamente o mesmo ou seja os níveis de tensão para o valor lógico 1 na tecnologia TTL podem ser demasiados baixo para serem corretamente interpretados na entrada da porta CMOS mas a solução será diferente. Neste utiliza-se o circuito de interface um buffer com coletor aberto para que apenas esteja definido o valor lógico 0 e seja definido extremamente, já como o nível de tensão correto o nível lógico 1.


Ligação CMOS – TTL

Dispositivo com alimentação idêntica Neste caso o problema na se encontra nos níveis de tensão mas nos valores de corrente, a situação que é preciso precaver é quando se pretende ligar uma saída de alguns tipos de porta CMOS , no nível lógico 0 a entrada de porta TTL .

Vejas por exemplo, a ligação de uma porta da família 4XXXX, que fornece Iol 0,4maA a uma porta da família 74XXXX que necessita de Iil = 1,6 mA. Neste caso é necessário interpor um buffer que permita fornecer mais corrente e satisfazer as necessidade da porta da família 74. O buffer utilizado é da serie 74 que tem 0,4 mA , permitindo portanto a ligação directa a porta 4XXXX e fornecendo Iol=8mA o que possibilita a ligação a sua directa a porta TTL.

Dispositivos com alimentação distintas o problema que se coloca nesta situação os diferentes níveis de tensão. Para resolver o problema e possível utilizar um buffer como interface de acordo com a figura abaixo.


a solução proposta passa pela utilização de um buffer 4050. Este tipo de buffer permite ter a entrada níveis de tensão superior a sua própria tensão de alimentação de forma de fazer a conversão de nível de tensão (10V para 5V)

4.3 - Analise de defeito

A família C-MOS, ao contrário da TTL, possui problemas com o manuseio dos circuitos integrados devido à ação da eletricidade estática. Quando caminhamos num tapete num dia seco ou ainda quando atritamos objetos em nossa roupa, podemos acumular no corpo uma quantidade de carga elétrica elevada.

Nessas condições, se tocarmos com os dedos nos terminais dos componentes C-MOS, podemos danificá-los de modo irreversível, pois iremos destruir a finíssima camada de óxido, veja a figura a seguir:


Assim a primeira preocupação no manuseio é evitar qualquer modo que apareçam tensões perigosas capazes de causar danos entre os terminais dos componentes.

Num laboratório é importante observar precauções especiais para que em nenhum ponto ocorram acúmulos de cargas estáticas.

As bancadas de trabalho com computadores devem ter partes metálicas aterradas e os próprios técnicos devem usar recursos que permitam a descarga de cargas do seu corpo. Em empresas de trabalhos com circuitos C-MOS é comuns os técnicos usarem pulseiras ligadas a um fio terra. Para um técnico comum é apenas necessário lembrar-se de que não deve tocar nos terminais dos componentes e com isso haverá uma boa garantia de integridade dos circuitos.

Outro ponto importante é nunca deixar nenhuma entrada de um circuito integrado C-MOS desligada.

A sensibilidade dessas entradas é suficientemente alta para que as tensões induzidas no circuito sejam captadas. Isso além de elevar o consumo do circuito integrado pode causar instabilidade que afetam o funcionamento geral do circuito.

Uma regra geral prática consiste em levar as entradas não usadas num circuito integrado a níveis definidos de tensão, ou seja, ligar ao Vdd ou 0V.

Para contornar o problema, possibilitando um manuseio mais seguro, existe no mercado uma série de dispositivos anti-estáticos, sendo inclusive os circuitos integrados comercializados em embalagens com isolação apropriada.

As versões mais recentes desta família possuem internamente nas entradas e saídas dos blocos, diodos de proteção para evitar a ação da eletricidade estática, porém, aconselha-se seguir da mesma forma as normas de manuseio apropriadas.

4.3.1 - Diagrama de conexão de circuito lógicos Um diagrama de conexão mostra todas as conexão elétricas, numeração de pinos,nemeracao de CIs valores de componentes, nomes de sinais e tensões de alimentação.

(Ver figura no anexo Esquemas simples)

Os instrumentos de medida utilizados na analise de defeito em laboratório são:

Osciloscópio; Ponta de prova; Gerador de pulso;


Rastreadores de correte; Multímetro.

Existem três passos básicos a serem seguidos na analise de defeito em circuito ou sistemas digital: - Detenção do defeito: * observe o funcionamento do circuito/sistema e compare com o funcionamento correto esperado. - identificação do defeito: * faca teste e medições para identificar o defeito. - Correção do defeito: substitua o componente defeituoso conserte a conexão defeituosa remova os curtos-circuitos etc. 4.3.2 - Falhas internas dos Circuitos Integrados As falhas internas mais comuns dos ci digitais são: - Mau funcionamento do circuito interno do CI; - Entrada ou saída curto-circuitada para GND ou Vcc; - Entrada ou saídas abertas; - Curto-circuito entre os pinos (exceptos GND e Vcc); Mau funcionamento do circuito interno Este problema e causado normalmente quando um dos componentes internos esta danificado ou operando fora das especificações. Quando isto acontece as saídas do CI não responde adequadamente as entradas. Entrada curto-circuitada internamente com GND ou com a fonte de alimentação. Este problema faz com que o CI fique permanentemente no estado baixo ou no estado alto.


Saída em curto-circuitada internamente com GND ou com a fonte de alimentação. Este tipo de falha faz com que os pinos do CI ficam permanentemente no estado baixo ou alto. Circuito aberto nas entradas ou saída do circuito integrado Alguns vezes o fio de conexão entre o Chip e os pinos externo do CI se rompe gerando um circuito aberto se um sinal for aplicado a entrada ou saída ela não alcançara a entrada ou saída. 4.4 - Falhas externas dos circuitos integrados Um maior defeitos nos sistemas digitais ocorrem por conta das falhas externas nos circuitos. Linhas de conexão de sinal aberta Qualquer falha que produz uma ruptura ou descontinuidade elétrica tal que um nível de tensão ou sinal seja impedido de passar de um para outro. Algumas da causa de linha de sinais aberto são: - Fio interrompido - Conexão ou corte na placa de circuito impresso - Pino de CI dobrado ou quebrado Uma inspeção visual pode ajudar na detenção desta falha e usando um Ohmimetro para verificar os pontos de continuidade no circuito. 4.4.1 - Defeito no soquete ou placa Os pinos do CI não fazem um bom contato elétrico com o soquete. Este tipo de falha em circuito podem freqüentemente ser detectado fazendo uma inspeção visual cuidadosamente e posteriormente desconectando o circuito da fonte de alimentação para fazer uma verificação de continuidade, fazer o teste de baixa resistência com um ohmimetro.


4.4.2 - Linha de sinal em Curto-Circuito Apresenta o mesmo efeito que um curto entre os pinos do CI. Essa falha faz com que dois sinais sejam exatamente iguais.Uma linha de sinal pode estar em curto com o GND ou VCC em vez de uma outra linha de sinal. Nesse caso o sinal será forcado para o estado baixo ou alto. As principais causas para curtos inesperados entre dois pontos de um circuito são as seguintes: - Conexões malfeitas: retirada de uma grande parte do isolamento do fios de conexão. - pontes de solda: São respigo de solda que colocam em curto circuito dois ou mais pontos. - corrosão incompleta: um par de trilhas adjacentes em uma placa de circuito impresso não é totalmente separado no processo de corrosão. Uma inspeção visual cuidadosa pode possibilitar a descoberta desses tipos de falhas e uma verificação com um ohmimetro pode indicar se dois pontos de um circuito de um estão em curto. 5 - Falha na fonte de alimentação Todos os sistemas digitais têm uma ou mais fontes de alimentação CC que geram as tensões Vcc e VDD que os chips precisam. Uma fonte de alimentação danificada ou em sobrecarga (com uma solicitação de corrente maior do que ela pode fornecer) proporcionará uma tensão de alimentação com regulação inadequada para os CI fazendo com que eles não funcionaram ou funcionem de forma instável. Uma fonte de alimentação pode perder a regulação devido a uma falha no seu circuito interno ou por estar sendo solicitada a fornecer mais corrente do que aquele valor para o qual foi projetado. Uma boa pratica é verificar os níveis de tensão da cada fonte de alimentação para saber se ela esta dentro das faixas especificada, também usa-se o osciloscópio para verificar se o não há uma quantidade significativa de ripple (ondulação) sobre a tensão CC. Devem-se medir os níveis de tensão de alimentação e GND para o CI que apresenta uma operação incorreta.

aula circuitos integrados

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