Introdução

Dentre os temas inerentes a disciplina de digital , um dos mais elementares é o estudo

dos elementos tecnológicos e técnicas de construção de portas lógicas. Circuito

integrado (CI) é um dispositivo microeletrônico formado por elementos como

transistores, diodos, resistores e outros, agrupados em um único circuito.

Apesar de representar um assunto vasto e complexo; Os circuitos integrados são

formados de pastilhas de cristal semicondutor de silício, germânio ou outro elemento,

são capazes de desempenhar muitas funções suas dimensões são extremamente

reduzidas. Existem duas famílias de circuitos integrados que implementam as lógicas

digitais e são amplamente utilizados. São os circuitos integrados TTL e CMOS.

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1. OBJECTIVOS

1.1 Objectivos Gerais Fazer uma abordagem geral de Elementos tecnológicos

Ter conhecimentos sobre as aplicações dos Elementos tecnológicos

1.2 Objectivos Especificos Analizar o principio de funcionamento dos circuitos integrados

Estudar os componentes dos Circuitos Lógico

Conhecer as caracteristicas dos circuitos integrados

2. METODOLOGIA

A metodologia da pesquisa é o conjunto detalhado de métodos e técnicas científicas a

serem executadas ao longo da pesquisa, de tal modo que se consiga atingir os

objectivos inicialmente propostos. Segundo VENTURA (2002,pag 76 – 77), são

diversas as classificações da metodologia que se pode encontrar na literatura

especializada. Pela natureza do trabalho apresentado, optou-se por uma pesquisa

bibliográfica e o método de procedimento é monográfico. Para a sua concretização,

passou pela etapa de revisão bibliográfica académica.

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3.Circuitos Integrados

Os circuitos integrados são circuitos electrónicos funcionais, constituídos por um

conjunto de transístores, díodos, resistências e condensadores, fabricados num mesmo

processo, sobre uma substância comum semicondutora de silício que se designa

vulgarmente por chip.

Chip

Terminais do CI

Fios finíssimosde ligação do chipaos terminais do CI

Circuito integrado (CI)visto por dentro e por cima. Chip

Terminais do CI

Fios finíssimosde ligação do chipaos terminais do CI

Circuito integrado (CI)visto por dentro e por cima.

Figura 1: Estrutura de circuito integrado

O circuito integrado propriamente dito chama-se pastilha (chip, em inglês) e é muito

pequeno. A maior parte do tamanho externo do circuito integrado deve-se à caixa e às

ligações da pastilha aos terminais externos.

As saídas são determinadas exclusivamente pelos valores de suas entradas. Circuitos

comunicacionais mais usados em projecto de processadores são:

– Multiplicadores

– Descodificadores

– Comparadores

– Matrizes lógicas programáveis

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Figura 2 : Circuito Integrado e as suas Portas Lógicas

Existem duas famílias lógicas mais comum de circuitos integrados que implementam

as lógicas digitais e são amplamente utilizados. São os circuitos integrados TTL e

CMOS.

Circuitos TTL , em 1964 a Texas Instruments introduziu no mercado a

tecnologia TTL (lógica transistor ‐ transistor), uma família de dispositivos digitais

apresentada em 2 séries a 74XX e a 54XX sendo esta última desenvolvida com

especificações militares.

Circuitos CMOS , A série CMOS (Metal Oxide Semi Conductor Field Effect Transistor),

é uma família de dispositivos digitais com o prefixo 40XX e pode ser encontrada em

diversas versões A, B, C... Sendo que cada versão apresenta diferentes

especificações de frequência comutação e potência.

4.Tipos de circuitos Lógicos

Lógica Do Diodo (Dl) - As portas lógicas do diodo usam diodos executar E e OU

funções da lógica. Os diodos têm a propriedade facilmente de passar uma corrente

elétrica em um sentido, mas não a outra. Assim, os diodos podem agir como um

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interruptor lógico. As portas lógicas do diodo são muito simples e baratas, e podem ser

usadas eficazmente em situações específicas. Entretanto, não podem ser usados

extensivamente, porque tendem a degradar rapidamente sinais digitais. Além, não

podem executar NÃO uma função, assim que sua utilidade é completamente limitada.

Lógica Do Resistor-Transistor (RTL) - As portas da lógica do Resistor-transistor

usam transistor combinado. os sinais de entrada múltiplos, que também amplificam e

invertem o sinal combinado resultante. Um transistor adicional é incluído

frequentemente re-inverte o sinal de saída. Esta combinação fornece sinais de saída

limpos e inversor ou não-inversor como necessitado. As portas de RTL são quase tão

simples quanto as portas do DL, e remanescem baratas. São também acessíveis

porque os sinais normais e invertidos estão frequentemente disponíveis. Entretanto,

extraem uma quantidade significativa de corrente da fonte de alimentação para cada

porta. Uma outra limitação é que as portas de RTL não podem comutar nas

velocidades elevadas usadas por computadores de hoje, embora sejam ainda úteis em

umas aplicações mais lentas. Embora não sejam projectados para a operação linear,

os circuitos integrados de RTL são usados às vezes como amplificadores de pequeno

sinal baratos, ou como dispositivos da relação entre circuitos lineares e digitais.

Lógica Do Diodo-Transistor (DTL) - Deixando diodos executar o lógico E ou OU a

função e então amplificando o resultado com um transistor, nós podemos evitar

algumas das limitações de tomadas de RTL. DTL a lógica do diodo que bloqueia e

adiciona um transistor à saída, a fim fornecer o inversor da lógica e restaurar o sinal

aos níveis cheios da lógica.

Lógica Do Transistor-Transistor (Ttl) - A construção física de circuitos integrados fez

mais eficaz substituir todos os diodos da entrada em uma porta de DTL com um

transistor, construído com emissores múltiplos. O resultado é a lógica do transistor-

transistor, que se transformou o circuito de lógica padrão em a maioria de aplicações

por um número de anos. Como melhorado avançado, o TTL circuitos integrados foi

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adaptado ligeiramente para segurar uma escala mais larga das exigências, mas suas

funções básicas remanesceram as mesmas. Estes dispositivos compreendem a família

7400 de ICs digita

Na figura abaixo mostra-nos uma porta típica TTL. Trata-se de uma porta NAND de

duas entradas que logo chama a atenção pelo fato de usar um transistor de dois

emissores.

Figura 3 - Uma porta NAND TTL.

Lógica Emissor-Acoplada (Ecl) - Sabido também como a lógica de modalidade actual

(CML), as portas do ECL estão projectadas especificamente operar-se em velocidades

extremamente elevadas, evitando " a retardação " inerente quando os transístores são

permitidos se tornar saturado. Por causa desta, entretanto, estas portas exigem

quantidades substanciais de corrente eléctrica operar-se correctamente.

Lógica do Cmos

Um factor é comum a todas as famílias que da lógica nós alistamos acima: usam

quantidades significativas de poder eléctrico. Muitas aplicações, as especiais portáteis,

alimentado à bateria, requerem que o uso do poder esteja minimizado absolutamente.

Para realizar esta, a família da lógica do CMOS (Metal-Óxido-Semicondutor

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complementar) foi desenvolvida. Esta família usa mOSFETs da realce-modalidade

como seus transistor, e é assim que projectado que não requer quase nenhuma

corrente se operar. As portas do CMOS, entretanto, são limitadas severamente em sua

velocidade de operação. Não obstante, são altamente útil e eficaz em uma escala

larga de aplicações alimentados à bateria. -A maioria de famílias da lógica

compartilham de uma característica comum: suas entradas requerem uma determinada

quantidade de corrente a fim operar-se correctamente. As portas do CMOS trabalham

um bocado diferentemente, mas representam ainda uma capacidade que deva ser

carregada ou descarregado quando a entrada muda o estado. A corrente requerida

para dirigir toda a entrada deve vir da saída que fornece o sinal da lógica.

Consequentemente, nós necessitamos saber quanto corrente uma entrada requer, e

quanto corrente uma saída pode confiantemente fornecer, a fim determinar quantas

entradas podem ser conectadas a uma única saída.

Entretanto, fazer tais cálculos pode ser projecto tedioso. Consequentemente, nós

usamos uma técnica diferente. Melhor que trabalhando constantemente com correntes

reais, nós determinamos a quantidade de corrente requerida dirigir uma entrada

padrão, e designá- la que como uma carga padrão em toda a saída. Agora nós

podemos definir o número de cargas que do padrão uma saída dada pode dirigir, e

identificamo-la essa maneira. Infelizmente, algumas entradas para circuitos

especializados requerem mais do que a corrente usual da entrada, e algumas portas,

sabidas como amortecedores , são projetadas deliberadamente poder dirigir mais

entradas do que usuais. Para que uma maneira fácil defina exigências da entrada e

potencialidades de movimentação atuais da saída, nós definimos dois termos novos:

Fan-in - O número das cargas padrão extraídas por uma entrada para assegurar a

operação de confiança. A maioria de entradas têm um fan-in de 1.

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Fan-out- O número das cargas padrão que podem confiantemente ser dirigidas por

uma saída, sem fazer com que a tensão da saída desloque fora de sua escala legal

dos valores. Lembre-se, fan-in e o fan-out aplica-se directamente somente dentro de

uma família dada da lógica. Se para qualquer razão você necessitar conectar

entre duas famílias diferentes da lógica, para ter cuidado para anotar e se encontrar

com as exigências da movimentação e as limitações de ambas as famílias, dentro dos

circuitos.

5.Tecnologias de construção de portas lógicas

O número de portas lógicas do CI (circuitos integrados), depende do nível de

integração.

Existem os seguintes:

SSI (Small Scale Integration) – CI com menos de 12 portas lógicas.

MSI (Medium Scale Integration) – Com 12 a 99 portas lógicas

LSI (Large Scale Integration) – Com 100 a 9 999 portas lógicas.

VLSI (Very Large Scale Integration) – Com 10 000 a 99 999 portas

lógicas.

ULSI (Ultra Large Scale Integration) – Com 100 000 ou mais portas

lógicas.

Existem dois principais tipos de tecnologias de construção de portas lógicas, a de

bipolar que pode ser do tipo TTL( Transistor Transisto Logic) ou ECL ( Emitted-coupled

Logic), e a MOS (metal oxide semicondutor) com seus derivados PMOS, NMOS,

CMOS. As portas TTL são as mais mais rápidas que a ECL, que por sua vez são mais

rápidas que a MOS. As portas MOS são mais lentas mais tem menor consumo (Usadas

em Memorias).

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5.1 Álgebra de Booleana

Usa-se para desenvolver operações com números digitais.

Funções booleanas – uma relação que mapeia um conjunto de entradas digitais, Ex :

A,B,C… em uma saída M.

Onde M = f (A, B, C…), que podem ser definidas por uma equação booleana ou uma

tabela da verdade. Qualquer função booleana pode ser implementada como um circuito

digital.

Na implementação de função booleanas usam-se portas lógicas básicas do tipo AND,

OR, NOT, NAND, NOR.

Figura 4: Portas Lógicas

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6.Características gerais dos Circuitos Integrados

Características TT L CMOS

Alimentação Pino 14 (+): 4,75 a

5,25 [V] / Pino 7 ( ‐ ) Pino 14 (+): 3 a 15

[V] / Pino 7 ( ‐ ) Pino 16 (+): 3 a 15

[V] / Pino 8 ( ‐ ) Temperatura ‐ 40 a 85 °C (série

74CXX)

‐ 40 a 85 °C Nível Baixo Tensão de entrada

entre 0 a 0,4 [V]

Tensão de entrada

próxima de 0 [V]

Nível Alto Tensão de entrada

acima de 3,1 [V]

Tensão de entrada

acima de 2/3 da

alimentação

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7.Lógico de Polaridade

O melhor é prescindir dessa conversão e usarmoos a lógica de polaridade, os

níveis de tensão L e H. Obviamente tal só se faz sentido quando e enquanto

estivermos a falar do mundo físico, isto é:

A Partir do momento em que se desenha um logigrama de um circuito.

Enquanto estivermos no mundo algébrico ( mapas de Karnaugh, expressões

booleanas, etc), usamos o’s e 1’s .

Assim que mudarmos para o mundo físico, passamos alógica de polaridade

apenas com os seus H’s e L’s, e prescindimos totalmente dos o’s e dos 1’s.

8.Vantagens dos circuitos Integrados sobre os discretos

Redução de custos, peso e tamanho.

Aumento da fiabilidade.

Maior velocidade de trabalho.

Redução das capacidades parasitas.

Menor consumo de energia.

Melhor manutenção.

Redução de stocks.

Redução dos erros de montagem.

Melhoria das características técnicas do circuito.

Simplifica ao máximo a produção industrial

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9.Conclusão

Depois de investigar os elementos tecnológicos e circuitos integrados em especial

cheguei a conclusão de que à implementação de redes lógicas. Inicialmente, alguns

conceitos básicos importantes foram apresentados. Um breve histórico mostrou que a

evolução da tecnologia tem colaborado para a obtenção de circuitos cada vez mais

eficientes. Novas estruturas de dados, algoritmos, métodos e técnicas visando a

geração de redes de transístores menores e mais rápidas fazem com que esta linha de

pesquisa ofereça um largo espaço de projecto e de oportunidades para que estudantes

de engenharia eléctrica e computação estejam frente a desafios relacionados ao

estado-da-arte da indústria de microeletrônica mundial.

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10.Bibliografia

AMARAL, Joaquim Ferreira” Controle de sistemas industriais”, “ Família de circuitos digitais”S/edição, S/editora, 250pgs, Lisboa 1997

MARTINO, João António “ Por dentro do circuito” “ Integrado”S/edição, S/editora, 189pgs, Lisboa 2002

ROSA, Leonor Soares e tal, “ Redes de transístores e portas lógicas” “ Circuitos integrados” S/ edição, S/editora, Rio Grande do Sul 2008

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Sumário PAGINASIntrodução...................................................................................................................................................1

1. OBJECTIVOS.............................................................................................................................................2

1.1 Objectivos Gerais...............................................................................................................................2

1.2 Objectivos Especificos........................................................................................................................2

2. METODOLOGIA........................................................................................................................................2

3.Circuitos Integrados..................................................................................................................................3

4.Tipos de circuitos Lógicos.........................................................................................................................4

5.Tecnologias de construção de portas lógicas...........................................................................................8

5.1 Álgebra de Booleana..........................................................................................................................9

6.Características gerais dos Circuitos Integrados.......................................................................................10

7.Lógico de Polaridade..............................................................................................................................11

8.Vantagens dos circuitos Integrados sobre os discretos..........................................................................11

9.Conclusão...............................................................................................................................................12

10.Bibliografia...........................................................................................................................................13

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