SISTEMAS DIGITAIS Módulo 5 – Prof. Corradi - www.corradi.junior.nom.br

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FAMÍLIAS LÓGICAS Uma família digital é um grupo de dispositivos compatíveis com os mesmos níveis lógicos e tensões de alimentação, por isso você pode conectar diretamente a saída de um dispositivo na entrada de outro se ambos forem da mesma família digital. Para conectar dispositivos de famílias diferentes, geralmente há a necessidade de uma interface entre ambas.

As famílias lógicas podem ser classificadas como:

RTL - lógica resistor-transistor (obsoleta) DTL - Lógica diodo-transistor (obsoleta) DCTL - Lógica transistor acoplamento direto TTL - Lógica transistor-transistor (mais popular) ECL - Lógica emissor-acoplado PMOS - Lógica MOSFETs de canal-p (obsoleta) NMOS - Lógica MOSFETs de canal-n CMOS - Lógica MOSFETs complementares (mais popular)

Comparação entre as famílias:

Família Potência (mW) Tempo de Atraso (ns)

Imunidade a ruído (V) Fan Out

DTL 10 30 0,8 7 RTL 10 12 alta 5 DCTL baixa baixa 2 TTL 10 33 1 10 TTL (F) 4 2,7 1 10 TTL (S) 13 3 1 10 TTL (LS) 2 10 1 10 ECL 500 3 baixa MOS 10 300 alta 20 CMOS 10 60 alta 50

As famílias podem ser classificadas quanto ao seu grau de integração:

SSI - Integração em pequena escala - CIs com menos de 12 portas por pastilha MSI - Integração em média escala - de 13 a 99 portas por pastilha LSI - Integração em alta escala - de 100 a 1000 portas por pastilha VLSI - Integração em muito alta escala - mais de 1000 portas por pastilha

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As figuras abaixo mostram algumas configurações de portas:

Família Lógica Diodo-Transistor:

Família Lógica Resistor-Transistor:

Família Lógica Transistor acoplamento Direto:

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Família Lógica Transistor-Transistor:

TTL de três-estados (tri-state):

É um TTL modificado que permite conectar as saídas diretamente, sem a

necessidade de usar os dispositivos de coletor aberto, possui uma capacidade maior de fornecer corrente. A vantagem é a redução do tempo de comutação necessário para mudar o estado de saída. A figura seguinte mostra uma porta NAND com saída em tri-state.

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Família CMos (Semicondutor de óxido metálico complementar)

A família CMos é construída com transistor de efeito de campo (FET) de semicondutor de óxido metálico complementar, ou MosFET. O transistor de efeito de campo (FET) possui uma fonte, uma porta e um dreno. A figura abaixo mostra um FET tipo intensificação canal n.

Os elétrons livres fluem da fonte (região n inferior) para o dreno (região n superior), sendo que a porta controla o fluxo de elétrons.

A figura ao lado mostra a configuração básica de um FET canal n

A figura abaixo mostra os símbolos dos Mos canal p e Mos canal n:

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Abaixo é mostrado as configurações de algumas portas digitais utilizando FETs:

COLETOR ABERTO São dispositivos que suas saídas possuem um transistor nos quais o coletor não tem ligação (ou está em aberto). Nestes componentes as saídas devem ser ligadas à alimentação (Vcc) através de um resistor (conhecido com resistor elevador).

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A vantagem desse componente está na possibilidade de poder alimentar um outro circuito que exija uma corrente maior do que aquela que a família TTL consegue fornecer. A família TTL tem como características gerais: IOL = 16 ma (Corrente de saída em nível baixo) IOH = - 400 µa (Corrente de saída em nível alto) IIL = -1,6 ma (Corrente de entrada em nível baixo) IIH = 40 µa (Corrente de entrada em nível alto) VOL = 0,4 V (Corrente de saída em nível baixo) VOH = 2,4 V (Corrente de saída em nível alto) Onde os índices: O - Output (saída)

I - Input (entrada) L - Low (baixo) H - High (alto)

OBS: O sinal negativo indica que a corrente é para fora do dispositivo, enquanto que o sinal positivo significa que a corrente é para dentro do dispositivo. FAN-OUT Fan-Out (ou saída em leque) é a quantidade de portas lógicas que podem ser conectadas na saída de uma outra porta lógica da mesma família. É dada pela fórmula:

Fan-Out = min (nH, nL) Onde: nH = IOH nL = IOL IIH IIL Para um TTL: NH = -400 µa = 10 nL = 16 mA = 10 40 µa 1,6 mA Fan-Out TTL = min(10,10) = 10 Isto quer dizer que podemos conectar até 10 cargas TTL numa saída TTL padrão.

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Para conectar mais cargas, a porta de saída deveria ser capaz de fornecer mais corrente. Uma forma de realizar isso seria através das portas de coletor aberto. Por exemplo, para alimentar 15 cargas TTL pode-se usar o C.I. 7401 (4 portas NAND de coletor aberto):

Cálculo do Resistor Elevador: Valor mínimo: Re = V = Vcc – VOL I (No. Carga * IIL) - IOL Valor máximo: Re = V = Vcc – VOH I (No. Carga * IIH) - IOH No exemplo para 15 cargas TTL, temos: Re (min) = Vcc – VOL = 5 – 0,4 = 575 Ω (No. Carga * IIL) - IOL (15 * 1,6 m) – 16 m Re (max) = Vcc – VOH = 5 - 2,4 = 13.000 Ω (No. Carga * IIH) - IOH (15 * 40 µ) - 400 µ OBS.: Quanto maior o valor do resistor elevador, menor será a velocidade de comutação do dispositivo.

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ACIONAMENTO DE LED Um LED para ser acesso precisa ter uma queda de tensão em cima dele de 2V e uma corrente na faixa de 10 mA até 25 mA. A figura abaixo mostra como se pode acionar ou não um LED:

Na figura A: Corrente de saída baixa da porta NAND = 16mA (Usar uma corrente de 15 mA) Queda de tensão do LED = 2V Cálculo do Resistor: R = V = Vcc – VLED = 5 – 2 = 3 = 200 Ω I 15 m 15 m 15 m Na figura B: Corrente de saída alta da porta NAND = 400 µA. Esta corrente é muito baixa, não dá para acionar o LED, uma vez que o LED precisa de pelos menos 10 mA. Na figura C: Uma maneira de acionar o LED utilizando um transistor como drive. Calcular primeiro o resistor R1. Considerando a queda do LED de 2 V e uma corrente de 20 mA, temos: R1 = Vcc – VLED = 5 - 3 = 150 Ω ILED 20 m Para funcionar com chave o transistor deve ter o resistor de base igual a 10 vezes o resistor de coletor: Rx = 10. R1 = 1k5 Ω

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INTERFACE TTL PARA CMOS Usando a mesma tensão de alimentação: O problema na ligação entre uma porta TTL e uma porta CMOS acontece no nível alto. O TTL pode fornecer um nível alto de saída de 2,4 V até 5 V, mas o CMOS só reconhece o nível alto a partir de 3,5 V. Para o nível baixo o problema não ocorre, uma vez que a janela TTL baixa se encaixa na janela CMOS baixa:

Uma solução para este problema seria utilizar o resistor elevador:

Na figura acima temos o valor padrão do resistor, mas o mesmo pode ser calculado por: R(min): Vcc – VOL IOL

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Usando tensões diferentes de alimentação: Uma opção seria utilizar um TTL de coletor aberto:

Na figura acima temos o valor padrão do resistor, mas o mesmo pode ser calculado por: R(min): Vcc – VOL IOL INTERFACE CMOS PARA TTL Se usar um a carga TTL Schottky de baixa potência a ligação entre o CMOS e o TTL pode ser feita diretamente:

TTL CMOS IIL = -360 µA IOL = 360 µA IIH = 20 µA IOH = -360 µA

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LIMITADOR SCHMITT

- Converte variações lentas na entrada em transições rápidas na saídas. - Indicado para interface entre sinais de variações lentas e circuitos lógicos.

O circuito integrado (C.I.) 7414 contém 6 inversores limitadores Schmitt:

Consultas: Idoeta – cap.09

Malvino – vol.01 – cap.06 e 07