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Famílias de Circuitos LógicosFamílias de Circuitos Lógicos

Centro Federal de Educação Tecnológica UNED CubatãoCentro Federal de Educação Tecnológica UNED Cubatão

Eletrônica Digital Famílias de Circuitos Lógicos

I.I. IntroduçãoIntrodução

Família de Circuitos Lógicos.Entende-se por famílias de circuitos lógicos estruturas internas que nos

permitem a confecção desse bloco em circuitos integrados. Cada família lógica utiliza determinados componentes em seus blocos e de acordo com este, a família possuirá determinadas características relacionadas ao seu funcionamento.

Dentre as famílias de circuitos lógicos destacam-se:

TTL (transistor-transistor-logic).CMOS (complementary mos).RDTL ()HTL (high-thershold-logic).ECL (emither-coupled-logic)

Ricardo Gouveia nº 26; Wagner S. Pires nº 34; Wenderson Luis nº 35; I – 111 2


II.II. ÍndiceÍndice

I.I. IntroduçãoIntrodução______________________________________________________2II.II. ÍndiceÍndice___________________________________________________________3

Parâmetros mais Utilizados dos Circuitos LógicosParâmetros mais Utilizados dos Circuitos Lógicos___________________4Interface entre as Famílias LógicasInterface entre as Famílias Lógicas__________________________________4Sensibilidade de Níveis Lógicos de TensãoSensibilidade de Níveis Lógicos de Tensão__________________________5

III.III. Família HTMLFamília HTML_________________________________________________5Características principais da família HTLCaracterísticas principais da família HTL_____________________________5

IV.IV. Família ECLFamília ECL___________________________________________________6Características da família ECLCaracterísticas da família ECL_________________________________________7

V.V. Família TTLFamília TTL_____________________________________________________754/74LXXX54/74LXXX______________________________________________________________8Série 74Série 74_________________________________________________________________8Série 54Série 54_________________________________________________________________8Características Gerais e Parâmetros da Família TTLCaracterísticas Gerais e Parâmetros da Família TTL________________8Tipos de Blocos da Família TTLTipos de Blocos da Família TTL______________________________________10

Saída Open-ColletorSaída Open-Colletor__________________________________________________________10Saída Tri-State (Três Estados)Saída Tri-State (Três Estados)________________________________________________11Entrada Schimitt-TriggerEntrada Schimitt-Trigger_____________________________________________________12

Versões de Circuitos TTLVersões de Circuitos TTL_____________________________________________13Circuitos Integrados TTLCircuitos Integrados TTL_____________________________________________15Alguns tipos de circuitos integrados TTLAlguns tipos de circuitos integrados TTL___________________________16

VI.VI. Família CMOSFamília CMOS_______________________________________________20Características Gerais e Parâmetros da Família CMOSCaracterísticas Gerais e Parâmetros da Família CMOS____________21Circuitos Integrados CMOSCircuitos Integrados CMOS___________________________________________23

VII.VII. ConclusãoConclusão___________________________________________________24VIII.VIII. BibliografiaBibliografia_________________________________________________25



Parâmetros mais Utilizados dos Circuitos LógicosParâmetros mais Utilizados dos Circuitos Lógicos

VIH - Tensão de entrada alta. É um valor de tensão no terminal de entrada que representa um nível alto para o sistema.

VIL - Tensão de entrada baixa. É um valor de tensão no terminal de entrada que representa um nível baixo para o sistema.

VOH - Mínima tensão de saída alta. É a mínima tensão num terminal de saída que ainda permite fornecer a corrente de saída alta especificada com a tensão de alimentação no seu valor mínimo.

VOL - Máxima tensão de saída baixa. É a máxima tensão em um terminal de saída que ainda permite a "absorção" da corrente de saída baixa especificada.

IOS - Corrente de curto circuito na saída. É a corrente que flui por um terminal de saída quando uma saída alta é conectada ao terra.

Interface entre as Famílias LógicasInterface entre as Famílias Lógicas

As interfaces entre os circuitos integrados muitas vezes não podem ser feitas de maneira direta, ou seja, a saída de um circuito integrado conectada à entrada de um circuito integrado de outra família por causa das diferenças entre as características elétricas do circuito alimentador, ou o circuito que está fornecendo o sinal de saída, e o circuito que está recebendo o sinal. Para essa finalidade, usa-se um circuito de interface. O circuito de interface tem a função de compatibilizar as características do circuitos alimentador com as características do circuito alimentado.

Sensibilidade de Níveis Lógicos de TensãoSensibilidade de Níveis Lógicos de Tensão

Um circuito lógico interpreta como nível 1, uma tensão próxima a da máxima e, como nível zero, uma tensão próxima ao terra. As famílias lógicas têm



uma faixa de trabalho diferente para as tensões de cada nível. Assim se tivermos, por exemplo, uma família que interpreta como nível baixo tensões entre 0 e 0.8 V, e como nível alto entre 2 V e 5 V. Se ela for conectada a saída de outra família que tenha nível lógico alto com tensões entre 1.4 V e 5 V, essa diferença entre 2 V e 1.4 V pode causar erro de interpretação n entrada da primeira, pois1.4 V está dentro da faixa indeterminada desta família.

III.III. Família HTMLFamília HTMLA família HTML (high-tueshold logic) foi criada para atender

necessidade de circuitos com uma alta imunidade ao ruído. Esses circuitos ,geralmente ,são empregados nas em equipamentos industriais que trabalham em locais de grande ruído(comutação de chaves, motores de indução, etc).Possuem circuitos muito semelhantes à família DTL como veremos a seguir. O circuito básico do seu bloco lógico principal, a porta NAND, é visto na figura 01 abaixo:

Figura 01

Como veremos o circuito tem um funcionamento análogo ao da família DTL com a única diferença de possuir D3 como sendo um diodo zener, isso fará com que aumente o potencial necessário para que T1 inicie a condução.

Características principais da família HTLCaracterísticas principais da família HTL

Como na família DTL, possui um bloco lógico principal a porta NAND.

Possui um Fan-out Típico igual a 10.

A família HTL é de todas as famílias de circuitos lógicos a que dissipa a maior potência.A potência dissipada por circuitos desta família é de ordem de 60 mW.

Devido à utilização de um diodo zener(D3), necessitar-se-á de um maior potencial nas entradas para que haja condução, isso fará com que aumente a imunidade ao ruído.Essa é a família de circuitos lógicos que possui maior imunidade ao ruído.



De todas as famílias que utilizam transistores como chaves, a família HTL é a que possui maior tempo de atraso.

IV.IV. Família ECLFamília ECLA família ECL (emiter-coupled-logic) utiliza nos circuitos o

acoplamento pelo emissor dos transistores. Esse fato faz com que os transistores não trabalhem na região de saturação e traz como conseqüência um menor tempo de resposta.

De todas as famílias lógicas, está é a que permite maior velocidade de comutação.

Esta família apresenta dois blocos lógicos principais, a porta NOR e a porta OU que serão obtidas a partir de um mesmo circuito, em duas saídas.

O circuito básico dos blocos principais é visto na figura 02 abaixo:

Figura 02

Esse circuito tem seu funcionamento baseado em um amplificador diferencial. Sabendo-se disso , podemos dizer que quando ambas as entradas estiverem em nível baixo(nível 0) os transistores T1 e T2 estarão no limiar da região de corte, portanto I será pequeno e por isso o potencial de S2 será alto.Sendo I um valor baixo, diremos que I2 será um valor alto de modo a manter a corrente IE e com isto o transistor T3 estará no limiar de saturação impondo assim o potencial de S baixo. Quando pelo menos uma das entradas estiver com com potencial alto(nível 1) o seu respectivo transistor estará no limiar de saturação,com isso, I será elevada, logo o potencial de S2 será baixo;sendo I elevado, I2 deverá ser pequena de modo a manter a correspondente IE, com isto o transistor T3 estará no limiar do corte, impondo assim o potencial de S1 alto. Transpondo-se estas situações para a tabela da verdade, teremos:

H-nível alto de tensão.

L-Nível baixo de tensão

Ricardo Gouveia nº 26; Wagner S. Pires nº 34; Wenderson Luis nº 35; I – 111

A B S1 S2

L L L HL H H LH L H LH H H L

6


Podemos notar na tabela que a saída S2 será o complemento da saída S1, e mais, S1 segue a tabela de uma porta OU e portanto, S2 segue uma tabela de uma porta NOR.

Como sabemos, a partir de um bloco NOR podemos formar qualquer outro tipo de bloco lógico.

Características da família ECLCaracterísticas da família ECL

Blocos lógicos principais são a porta OU e a porta NOR.

Uma das vantagens do ECL é que possui um Fan-out igual a 25.

A potência dissipada pelos blocos dessa família é da ordem de 50 mW. Isso se dá pelo fato de nós não trabalharmos na região de corte ou saturação e sim, na região ativa.

Apresenta uma boa imunidade ao ruído.

Como já foi dito, a grande vantagem da família ECL é de possuir um tempo de atraso muito baixo, da ordem de 3ns.

V.V. Família TTLFamília TTLEsta família é derivada da antiga família DTL, sendo o resultado de

inovações tecnológicas. Como a utilização nos seus circuitos internos de transistores e bipolares de vários emissores também conhecidos como multiemissores. Esta é uma família muito utilizada por causa de seu fácil manuseio e a disponibilidade de uma série de circuitos integrados comerciais e padronizados.

Os circuitos da família TTL podem ser encontrados em duas séries denominados: 74 (para uso comercial) e 54 para uso militar).

Primeiramente, os circuitos integrados eram fabricados para o uso militar onde tamanho, consumo e potência eram preponderantes.

Mas no ano de 1964, surgiu a versão comercial a custo bem inferior. Respeitando algumas especificações, os dispositivos 54 são compatíveis com a série 74.

Há também subdivisões da linha nesses dispositivos de acordo com sua velocidade de comutação.

54/74LXXX54/74LXXX

Baixa potência. Dão o melhor produto velocidade versus potência, entre todos os dispositivos lógicos. As resistências internas dos transistores do CI são aumentadas, resultando numa menor dissipação de potência (1 mW por porta, com retardo de 33nS por porta).



54/74HXXX – Alta velocidade. Os tempos de subida e descida de pulsos são menores. Os transistores internos do CI são feitos em configuração darlington. O retardo é de 6 ns por porta. A desvantagem é que este tipo de circuito consome mais corrente que o tipo comum.

54/74SXXX – Componentes com tecnologia schottky*. Ela combina alta velocidade com baixo consumo.

Série 74Série 74 Identifica os dispositivos da família TTL de uso comercial.

Especificações:

Temperatura 0 a 70 ºCTensão de Alimentação 4,75 a 5,25V (5V 10%)

Mas é importante lembrar que:

Os circuitos integrados da família AS e ALS de alguns fabricantes, a tensão de alimentação pode estar compreendida entre 4,5V e 5,5V (5V 10%).

Série 54Série 54

Identifica os dispositivos da família TTL de uso militar.

Apesar da série 54 tenha as mesmas portas lógicas da série 74, suas especificações técnicas são mais rígidas.

Especificações:

Temperatura -55 a 125 ºCTensão de Alimentação 4,5 a 5,5V (5V 10%)

Características Gerais e Parâmetros da Família TTLCaracterísticas Gerais e Parâmetros da Família TTLVeja abaixo os principais parâmetros encontrados nos manuais em

nomenclaturas originais:

1. Alimentação (Vcc): Na família TTL temos para todos os blocos de uma alimentação de 5V. Para a série 54 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, o Vcc mínimo = 4,75V e Vcc máximo = 5,25V, sendo os valores máximos e mínimos da tolerância da série 74.

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

TTL StandardParâmetros Valores Unidade

VIL 0,8 VVOL 0,4 V


+ -

+ -

+ -


VIH 2,0 VVOH 2,4 VIOL 16 mAIIL 1,6 mAIOH 400 AIIH 40 A

3. Fan-out: 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. Este valor é generalizado para toda a família TTL.

4. Tempo de atraso de propagação: O tempo varia de acordo com a versão que for utilizada, sendo o valor médio aproximado de ordem de 10ns na versão mais comum.

TTL StandardParâmetros V. Típico Unidade

TPLH 11 nstPHL 7 ns

5. Imunidade ao ruído: A margem correta de imunidade ao ruído específica para a família TTL é obtida supondo a ligação da saída de um bloco para a entrada de outro, sendo definida pela margem de segurança colocada pelo fabricante entre os parâmetros de entrada e saída. É calculada pela diferença de parâmetros relativos a esses níveis de tensão (margem de imunidade ao ruído DC). Então, temos:

No nível 1: VRH = VOH(mínimo) – VIH(mínimo) = 2,4 – 2,0 = 0,4V No nível 0: VRL = VIL(máximo) – VOL(máximo) = 0,8 – 0,4 = 0,4V VR = 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 CMOS.

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

Tipos de Blocos da Família TTLTipos de Blocos da Família TTLEsta é uma das características da família TTL, que através de suas

séries possui blocos que estão disponíveis no mercado de componentes, com uma vasta variação. Vamos destacar alguns deles como os blocos open-colletor, tri-state e schimitt-trigger.

Saída Open-ColletorSaída Open-Colletor



Na família TTL há alguns blocos lógicos montados em open-colletor (coletor aberto). Os circuitos destes tem semelhança aos convencionais, mas com uma única diferença de não Ter em seu interior o resistor de coletor ligado ao +Vcc. Ele deve ser ligado externamente quando este bloco for utilizado. Abaixo, a figura 03, mostra um circuito interno de uma porta NE (TTL) open-colletor:

Figura 03

Esta configuração possibilita o controle externo da corrente do coletor de saída e, proporcionando o aumento do fan-out, além de poder habilitar saídas diferentes interligadas entre si (num mesmo resistor coletor), podendo assumir níveis lógicos opostos sem provocar danos.

A grande desvantagem deste tipo de saída é sua baixa velocidade de chaveamento (mudança de nível lógico).

A figura 04 na próxima página, mostra a ligação por uma função E, contendo ao lado a tabela da verdade e a simbologia utilizadas para se obter uma função E através de blocos open-colletor.

Tabela da Verdade

S1 S2 S0 0 00 1 01 0 01 1 1


Rexterno

+Vcc

R2R1

T1

T2

R3

S

Rexterno

SBloco 1

Bloco 2

E por fio

+Vcc


Figura 04

Podemos notar que, o nível 0 é obtido pela saturação de cada transistor ou por ambos, conforme a função lógica de cada bloco, sendo respectiva corrente de coletor fornecida pelo mesmo resistor colocado na extremidade. O nível 1 é obtido pelo corte de ambos.

Podemos citar como outro tipo de aplicação, o uso muito comum de saídas de open-colletor para ativar displays de 7 segmentos a led, possibilitando o controle de luminosidade pelo resistor de coletor calculado e colocado na externamente.

Saída Tri-State (Três Estados)Saída Tri-State (Três Estados)

Podemos dizer também three-state ou 3-state, que estes modos também estão corretos.

A configuração que pode fazer com que ela apresente uma alta impendância (terceiro estado) em relação a linha na qual ela está conectada, ou seja, para ativar o tri-state, o bloco específico possui um terminal que, conforme o nível lógico assumido, faz a saída permanecer ou não em alta impendância. Para entendermos melhor, observe na figura 05 abaixo, o circuito simplificado de uma porta NE (TTL) de duas entradas com saída tri-state.

No circuito da figura 05, da página anterior, se aplicarmos nível 1 ao terminal de entrada de controle de saída (G) ou o deixarmos em aberto, o circuito funcionará normalmente como uma porta NE, pois D2 e D3, estarão cortados. Se, no entanto, aplicarmos nível 0, devido à respectiva condução de corrente pelos mesmos diodos, os pontos X1 e X2 cairão para baixos potenciais, levando T2, T3 e T4 para a situação de corte. O terminal de saída, neste caso, será desligado do circuito ocasionando o estado de alta impendância.

Na família TTL, as saídas tri-state são encontradas fazendo parte de vários dispositivos, porém, isoladamente como portas, estão disponíveis apenas como buffers comuns e inversores.


ABG

R1 R2 R4

+Vcc

T3

T2

T4

T1

X2

R3

D3D2

D1

S

X1

Figura 05


Os dispositivos com saídas de tri-state tem várias aplicações, sendo principalmente em sistemas com microprocessadores, onde vários circuitos integrados usam o mesmo conjunto de fios de forma compartilhada, assim, formando a via de dados do sistema.

Entrada Schimitt-TriggerEntrada Schimitt-Trigger

Estes dispositivos também são encontrados na família TTL. Este tipo de bloco possibilita tornar rápidas as variações lentas dos níveis de tensão de determinados sinais a serem aplicados à sua entrada, causando na saída o aparecimento de uma onda quadrada bem definida. Ou seja, este tipo de bloco, além de realizar sua função lógica, quadra o sinal aplicado a entrada, desde que sejam respeitados os parâmetros mínimos e máximos de tensão especificados para cada bloco. O bloco irá considerar iguais a 0, os valores dde entrada abaixo do especificado por VT - (Negative-Going Thershould Voltage) ou limiar negativo de tensão, e irá considerar iguais a 1, os valores acima de VT - (Positive-Going Thershould Voltage) ou limiarr positivo de tensão.

Podemos dizer em outras palavras que, este bloco recebe o sinal da forma como ele é gerado(pulso distorcido, com ruídos, etc.) e isto pode causar vários problemas durante o chaveamento dos dispositivos, tais como:

Dispositivos sensíveis à borda de subida podem não operar;

Dispositivos polarizados na região ativa por longo tempo podem tornar-se instáveis;

Atrasos de propagação tornam-se de difícil previsão.

Abaixo, na figura 06, podemos observar um inversor TTL schimitt-trigger (a) e a ação sobre um sinal de variação lenta aplicado à sua entrada (b)

(a) (b)Figura 06

O símbolo (histerese) presente no interior do inversor (ver figura

06 (a)) é utilizado em manuais de fabricantes para identificar as portas que executam a função de schimitt-trigger, sendo atribuído devido a aparência da característica de transferência do bloco. Veja esta curva e os valores práticos dos parâmetros VT- e VT+ , a figura 07 mostra a característica de transferência típica do circuito integrado TTL 7414 (6 inversores schimitt-trigger).


E S VT-

VT+

S


Figura 07

Por este gráfico podemos notar que, para a saída assumir nível 0 (VOL = 0,2V) é necessário que a variação de entrada atinja aproximadamente VT+ = 1,7V, e para assumir nível 1 (VOH = 3,4V), é necessário que a variação de entrada caia abaixo de VT- = 0,9V aproximadamente.

Versões de Circuitos TTLVersões de Circuitos TTLExistem outros tipos de blocos TTL além dos blocos mais comuns

(Standard), com outras versões de circuitos com finalidade de atender a solicitações de ordem prática nos parâmetros relativos à velocidade e consumo de potência. Veja a tabela na próxima página, que mostra um quadro comparativo com as versões, identificações, vantagens e desvantagens desses blocos:

VersãoIdentificação

da série

Tempo de atraso de

propagação típico por

porta

Consumo de potência por

porta

Freqüência de clock máxima

para flip-flopObservações

Standard 54/74 10ns 10mW 35MHz Comum


4,0

3,0

2,0

1,0

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

0,4

VT+VT-

V0 (V)

V1 (V)

Entrada


Low Power 54L/74L 33ns 1mW 3MHzBaixíssimo consumo

Hi Speed 54H/74H 6ns 22mW 50MHzAlta

velocidade

Schottky 54S/74S 3ns 19mW 125MHzAltíssima

velocidade

Advanced

Schottky54AS/74AS 1,5ns 8,5mW 200MHz

Altíssima velocidade e

baixo consumo

Low Power

Schottky54LS/74LS 10ns 2mW 45MHz

Baixíssimo consumo

Advanced Low Power Schottky

54ALS/74ALS 4ns 1mW 70MHz

Altíssima velocidade e baixíssimo consumo

Estes valores são válidos para circuitos integrados de portas NE e servem apenas para comparações entre as versões, sendo estimados a partir de faixas disponíveis nos manuais comerciais de diversos fabricantes.

Os dados do quadro, nos possibilita a comparação em termos de velocidade e consumo de potência, tomando como ponto de referência a versão comum, em seguida da versão de baixo consumo (L), e de alta velocidade (H). Essas versões são diferentes entre si devido a alterações introduzidas nos circuitos e nos valores de seus componentes internos. A partir deste passo, as versões do quadro como podemos ver, os circuitos apresentam variações sobre a tecnologia Schottky.

Nesta versão, é utilizado em seus circuitos o diodo Schottky, que é um elemeto semicondutor construído em metal com um lado da junção internapara aumentar a velocidade de comutação, que está devidamente colocado entre base e coletor de um transistor, formando um conjunto denominado Transistor Schottky.

Quando este conjunto é utilizado para chaveamento, não atinge a saturação por completo, devido à ligação, apresentando um tempo de comutação extremamente baixo e consequentemente uma altíssima velocidade de trabalho. A figura 08 na próxima página, nos mostra a ligação de um diodo Schottky em um transistor bipolar para formar o referido conjunto (a) e a simbologia que é utilizada por este (b).

(a) (b)Figura 08



As alterações feitas nos circuitos e nos valores dos componentes, produziam em relação à versão Schottky (S), uma variação de menor consumo (LS), e nas versões Schottky Avançadas (AS e ALS), com uma grande melhora no desempenho total, principalmente no produto velocidade-consumo, constituindo-se nos menores entre todas as versões existentes.

Circuitos Integrados TTLCircuitos Integrados TTLEsta família possui uma vasta variação de circuitos integrados

padronizados com configurações de pinagens disponíveis nos manuais dos fabricantes. São circuitos integrados que possuem 14 pinos ou mais, conforme a complexidade do circuito agregado, com encapsulamentos denominados DIP (Dual-In-Line Package), cuja identificação da disposição dos terminais se faz através da vista superior, em sentido antí-horário a partir de uma marca de referência no encapsulamento do circuito integrado.

Veja abaixo as marcas de referência dos circuitos integrados:

No caso do circuito integrado acima, podemos verificar que a sua alimentação é feita através do pino 14: +Vcc e do pino 7: terra ou GND (ground).

Alguns tipos de circuitos integrados TTLAlguns tipos de circuitos integrados TTL

7400 - 04 portas NAND de 02 entradas 7401 - 04 portas NAND de 02 entradas com saídas em coletor aberto


Marcade

Referência

Marcade

Referência


7402 - 04 portas NOR de 02 entradas 7403 - 04 portas NAND de 02 entradas com saídas em coletor aberto

7404 - 06 portas INVERSORAS

7404 - 06 portas INVERSORAS 7405 - 06 portas INVERSORAS com saídas em coletor aberto

7406 - 06 portas INVERSORAS 7407 - 06 portas BUFFERS/DRIVERS Buffers/Drivers com saídas em coletor aberto com saídas em coletor aberto

7408 - 04 portas AND de 02 entradas 7409 - 04 portas AND de 02 entradas com saídas em coletor aberto



7410 - 03 portas NAND de 03 entradas 7411 - 03 portas AND de 03 entradas

7412 - 03 portas NAND de 03 entradas 7413 - 02 portas NAND de 04 com saídas em coletor aberto entradas Schmitt-Triggers

7414 - 06 portas INVERSORAS 7420 - 02 portas NAND de 04 entradas Schmitt-Triggers

7421 - 02 portas AND de 04 entradas 7425 - 02 portas NOR de 04 entradas com Strobe

7427 - 03 portas NOR de 03 entradas 7430 - 01 porta NAND de 08 entradas



7432 - 04 portas OR de 02 entradas 7433 - 04 portas NOR de 02 entradas com saídas em coletor aberto

7437 - 04 portas NAND de 02 entradas 7438 - 04 portas NAND de 02 entradas Buffer com saídas em coletor aberto

7440 - 02 portas NAND de 04 entradas 7451 - 02 portas AND/NOR de 04 com saídas em coletor aberto entradas

7473 - 02 FLIP FLOPS JK com entradas 7474 - 02 FLIP FLOPS D com entradas de Clear de Preset e Clear

7475 - 04 LACTCHES BIESTÁVEIS 7483 - SOMADOR PLENO DE 04 BITS

7486 - 04 portas XOR de 02 entradas 7488 - MEMÓRIA de apenas leitura de256 BITs com saídas em coletor aberto



7489 - MEMÓRIA de escrita e leitura 7490 - CONTADOR de década

7491 - SHIFT REGISTER de 08 BITs 7495 - SHIFT REGISTER de 04 BITs

74125 - 04 BUFFER TRI STATE 74126 - 04 BUFFER TRI STATE

74138 - 01 DECODER 3 TO 8 74139 - 02 DECODER 2 TO 4

VI.VI. Família CMOSFamília CMOSA outra família de externa importância a ser abordada é a CMOS

(Complementary MOS). Trata-se de ima família que tem seus circuitos construídos por transistores MOS-FET complementares do tipo canal N e canal P.Suas configurações básicas permitem obter-se uma série de vantagens, tais como: alto Fan-Out, alta margem de imunidade ao ruídoe baixíssimo consumo, sendo esta uma de suas mais importante características.

Vamos, a seguir, analisar o funcionamento dos blocos lógicos principais desta família que são as portas NOU e NE. A figura 09 logo abaixo, nos mostra o circuito básico de uma porta NOU CMOS.



Figura 09

Quando ambas as entradas estiverem em 0 (potencial do terra), os MOS-FET canal P, M1 e M2 estarão conduzindo e os Mos-FET canal N, M3 e M4 estarão cortados. Isso fará com que a tensão de saída assuma valor igual a +Vdd (nível 1). Quando pelo menos uma das entradas estiver em +Vdd (nível 1), teremos o respectivo MOS-FET canal N, M3 ou M4 conduzindo, fazendo com que na saída tenhamos uma tensão igual a 0. Transpondo estas situações para uma tabela verdade, concluímos que o circuito comporta-se como uma porta NOU:

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 0

Vamos analisar agora, o funcionamento da porta NE CMOS. O circuito básico é visto na figura 10:



Figura 10

Quando pelo menos uma das entradas estiver em 0, o respectivo MOS-FET canal N, M3 ou M4 estará cortado e o respectivo MOS-FET canal P, M1 ou M2 estará conduzido, logo, teremos na saída uma tensão igual a VDD (nível 1). Quando ambas as entradas estiverem em +VDD (nível 1), tanto M3 como M4 estarão conduzindo, ficando M1 e M2 cortados, logo, teremos na saída uma tensão igual a 0. Transpondo estas situações para uma tabela verdade concluímos que o circuto comporta-se como uma porta NE:

A B S0 0 10 1 11 0 11 1 0

Convém ressaltar que a partir destes circuitos básicos o fabricante pode estruturar, internamente no circuito integrado, qualquer outro bloco mantendo as mesmas características de entrada e saída.

Um outro ponto importante a ser ressaltado é que ao contrário da família TTL, não é aconselhável deixar terminais de entrada em vazio nas portas CMOS, pois nesta situação, estes se tornam susceptíveis à captação de cargas estáticas e ruídos indesejáveis, causando pela polarização errônea dos dispositivos, um aumento da dissipação de potência e consequentemente sobreaquecimento. Os terminais não utilizados devem ser conectados, conforme o caso da função lógica envolvida, ao terra ou Vdd do circuito.

Características Gerais e Parâmetros da Família CMOSCaracterísticas Gerais e Parâmetros da Família CMOS

A família CMOS possui circuitos integrados disponíveis nas séries comerciais 4000A, 4000B e 54/74C, sendo esta ultima semelhante à TTL na pinagem dos circuitos integrados e função dos blocos disponíveis. Além destas, a família CMOS também possui versões de alta velocidade e melhor desempenho: 74HC/74HCT (High-speed CMOS), sendo a HCT especialmente desenvolvida para atuar com parâmetros de tensões compatíveis co TTL-LS e as apropriadas para operar com baixa tensão de alimentação: 74LV/74VC (Low Voltage CMOS).

Os circuitos integrados CMOS são dimensionados para operar na faixa de temperatura de -40 a +85 C nas séries comuns, e nas variações de uso profissional (militar) na faixa de -55 a +125 C.

Veja logo abaixo, os principais parâmetros encontrados nos manuais em nomenclaturas originais:

1. Alimentação (Vdd): Quanto á tensão de alimentação, esta família permite para as séries 4000 e 74C operam 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 voltagem, a faixa de 1V a 3,6V para a LV e 1,2V a 3,6V para a LVC, sendo estas especialmente projetados para operar com 3,3V, tensão de vários sistemas atuais. 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 TTL.



2. Níveis de tensões e correntes de entrada e saída: Os blocos da família CMOS apresentam estes níveis, especificados nos manuais, com variações em função da versão e tipo de bloco utilizado. De maneira geral, apresentam nas entradas, valores de Vil (máx.) iguais a 30% do Vdd e Vih (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 á baixa absorção de corrente na ligação com o bloco seguinte (alta resistência de entrada), apresentam valores muito próximos a 0 (Vol max.) e Vdd (Voh min.). A tabela 9.14 apresenta os valores de tensões e correntes para a série 4000B, operando com Vdd igual a 5V.

CMOS 4000BParâmetros Valores Unidade

Vil 1,5 VVol 0,05 VVih 3,5 VVoh 4,95 VIol 0,4 MAIil 1 A

Ioh 0,4 MAIih 1 A

3. Fan-Out: Nesta família, de modo generalizado, Fan-Out é igual a

50, porém varia conforme as versões empregadas. Este valor considerável é devido principalmente á pouca deriva da corrente de saída, em função da alta resistência de entrada dos dispositivos CMOS conextados, sendo a limitação causada pela ação das capacitâncias de entrada dos blocos subseqüentes somados. 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).

4. 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 9.15 apresenta os parâmetros de velocidades para a série básica e as versões citadas, com tensão de alimentação igual a 5V.

VersãoTempo de atraso de propagação típico por porta

Freqüência de clock máxima para

flip-flop4000B 90 ns 12 MHzHC/HCT 8 ns 55 MHz

5. Imunidade ao Ruído: A margem de imunidade ao ruído para a família CMOS é igual a 45% de Vdd, sendo muito alta se comparada com a família TTL. Devido a isso, estes blocos são adequados para ser utilizados em circuitos que operam em sistemas ou ambientes de alto nível de ruído.



6. Potência Dissipada: O consumo de potência da família CMOS (com Vdd=5V) é da ordem de 1nW por porta na série 4000 e 2,5nW por porta na versão 74HC, sendo estes valores muito baixos, caracterizando-se em mais uma grande vantagem desta família.

7. Manuseio: A família CMOS, ao contrario da TTL, possui problemas com o manuseio dos circuitos integrados que devido à ação da eletricidade de estática, provoca a degradação das junções internas dos chips, comprometendo sua vida útil. A danificação total do bloco pode só acontecer após um certo tempo de uso, causando sérios transtornos ao fabricante do sistemas no qual o componente está engajado.

Para contornar o problema, possibilitando um manuseio mais seguro, existe no mercado uma série de dispositivos antiestáticos (pulseiras de aterramento, pisos, borrachas de bancada, estações de solda, etc.), 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.

Circuitos Integrados CMOSCircuitos Integrados CMOS

Da mesma forma que na TTL, a família CMOS colocou no mercado uma série de circuitos integrados padronizados com configurações de pinagens disponíveis nos manuais dos fabricantes.Para exemplificar, a figura 9.22 apresenta a pinagem do circuito integrado 4001B (4 NOU com 2 entradas) e do 74HC04/74HCT04 (6 inversores), sendo estes últimos de mesma pinagem que o 7404 da família TTL.

4001 04 portas NOR de 02 entradas

7404

06 portas INVERSORAS



VII.VII. Bibliografia.Bibliografia.

Livros 01 e 02: Elementos da Eletrônica DigitalEdições: 13º e 30º Edição RevisadaAutores: Francisco Gabriel Capuano e Ivan Valeije IdoetaEditora: Érica

Livros 03: Manual de Circuitos Integrados TTLEdição: Não consta Autores: Eduardo Cesar Alves Cruz e Luiz Carlos da Cunha e SilvaEditora: Érica

Livros 04: Circuitos DigitaisEdição: Não consta Autores: Eduardo Cesar Alves Cruz Antonio Carlos de Lourenço Sabrina Rodero Ferreira Salomão Choueri Júnior Editora: Érica

www.triac.cjb.net

www.eletronica1.cjb.net

www.members.xoom.com/curtocircuit


http://www.eletronica1.cbj.net/

http://www.triac.cbj.net/

famílias de circuitos lógicos - a.r.v.m. · web viewestes valores são válidos para circuitos...

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