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Cap 8 ) Famílias Lógicas e Circuitos Integrados

Estudaremos o funcionamentointerno dos dispositivos de cadaFamília Lógica

Os CIs são constituídos peloconjunto de diversas portas digitais


conjunto de diversas portas digitaisintegradas em uma mesmo pastilhade silício.

SSI – Pequena escala de integração Até 12 portas por chip

MSI - Média escala de integração De 12 a 99 portas por chip

LSI – Larga escala de integração Mais de dezenas de milhares


Motivos para usar circuitos integrados:

Contêm mais circuitos em um pequeno encapsulamentoRedução de tamanhoCusto é reduzido devido à produção em grandes escalasTorna os sistemas mais confiáveis (redução de conexões)Redução de potência elétrica consumida (simplifica as fontes)


Redução de potência elétrica consumida (simplifica as fontes)


Limitações e Problemas

Não suportam correntes outensões elevadas

O calor gerado em um espaçopequeno pode elevar a


pequeno pode elevar atemperatura

Não podem ser construídosindutores, transformadores ougrandes capacitores


VÍDEO: Como se produz Wafers de Silício e Chips de Computadores


8.1) Terminologia de CIs Digitais

VOH(min) Tensão de saída em nível altoVOL(máx) Tensão de saída em nível baixoVIH(min) Tensão de entrada em nível altoVIL(máx) Tensão de entrada em nível baixo



IOH Corrente de saída em nível altoIOL Corrente de saída em nível baixoIIH Corrente de entrada em nível altoIIL Corrente de entrada em nível baixo



FAN-OUTLimite de carregamento.É definido como o número máximo de entradas lógicas que umasaída pode acionar com segurança para uma determinada famílialógica



FAN-OUT



ATRASO DE PROPAGAÇÃO:tPLH – Tempo de atraso de nível baixo para altotPHL – Tempo de atraso de nível alto para baixo



POTÊNCIA:O terminal de alimentação consome uma determinada potencia da fonte de alimentaçãoP(med)=ICC(med)VCC

ICC é a corrente consumida CCH CCLCC(med)

I II

2

+=



IMUNIDADE AO RUÍDO:Margem de ruído para estado altoVNH=VOH(min)-VIH(min)Margem de ruído para estado baixoVNL=VIL(máx)-VOL(máx)



Determinar a maior amplitude de interferência de um ruído quando a saída está em nível ALTO e BAIXO, a partir dos dados do fabricante

Parâmetro Min(V) Típico (V) Máx(V)

VOH 2,4 3,4

VOL 0,2 0,4

VIH 2,0


VIL 0,8

8.1) Terminologia de CIs DigitaisFORNECIMENTO DE CORRENTE X ABSORÇÃO DE CORRENTE



ENCAPSULAMENTO DE CIS



DIP (Dual in line Package)Chanfro indica pino 1Contagem no sentido anti-horário



QFP PLCC

UFJF – FABRICIO CAMPOSLQFP SOIC

8.2) Família lógica TTL

Revisão:DiodoLEDZenerDiodo SchottkyTransistor Bipolar de Junção (BJT)



TTL – TRANSISTOR-TRANSISTOR LOGICÉ uma classe de circuitos digitais construídos de transistores de junção bipolar (BJT).Criada em 1962 pela Texas Instruments (7400)



NAND TTL: Entrada 1 e 1 saída 0



NAND TTL: Entrada 1 e 0 saída 1



SAÍDA TOTEM-POLE



SAÍDA TOTEM-POLE:Reduz consumo de correnteSaída Baixo: Com Q3 OFF não tem corrente por R4Saída Alto: Q3 atua como seguidor de emissorDesvantagem: Na transição de baixo para alto, Q4 para de conduzir mais lentamente do que Q3 passa a conduzir. Este “curto” momentâneo aumenta o consumo.



ABSORÇÃO E FORNECIMENTO DE CORRENTE


8.3) Especificações Técnicas TTL

FAIXAS DE TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO E DE TEMPERATURA

Família Tensão Temperatura

74ALS 4,5V~5,5V 0~+70º

54ALS 4,5V~5,5V -55º~+125º

54ALS – Mais cara, confiável sob extrema faixa de condições


54ALS – Mais cara, confiável sob extrema faixa de condições

MANUAL

FOLHA DE DADOS

DATA-SHEET


8.3) Especificações Técnicas TTL

Dissipação de potênciaExemplo: Calcular a Potência dissipada pelo CI 74ALS00

CCH CCLCC(med)

I II 1,93

2mA

+= =

ICCH=0,85mA ; ICCL=3mA


CC(med)

D(med) CC(med)

D(med)

2I

1,93 5,5 10,45

CCP V

P mA V mW

= ×

= × =

8.3) Especificações Técnicas PILHAS E BATERIAS

Bateria moeda CR2032 225mAh em 3V 674mWh R$3,00

Pilha palito Alcalina AAA 1200mAh em 1,5V 1800mWh R$4,00

Pilha pequena Alcalina AA 2700 mAh em 1,5V 4050mWh R$3,25

Bateria 9V Alcalina 580 mAh em 9V, 5220mWh R$9,00


8.4) Características da Série TTLExistem diversas subfamílias com diferentes

características de capacidade, velocidade e potência

TTL PADRÃO, 74Não são mais indicados, outros dispositivos têm desempenho melhor a um custo menor


desempenho melhor a um custo menor

TTL SCHOTTKY, 74SA velocidade é limitada pelo chaveamento na família 74A 74S usa diodos de barreira schottky para aumentar a velocidade de chaveamento

8.4) Características da Série TTLExemplo família 74S


8.4) Características da Série TTL

TTL SHOTTKY DE BAIXA POTÊNCIA, 74LSMenor consumo de potencia e menor velocidade do que a 74S

TTL SCHOTTKY AVANÇADA, 74AS74AS maior velocidade do que a 74SMaior fan-out


Maior fan-out

TTL SCHOTTKY AVANÇADA DE BAIXA POTENCIA, 74ALS

74ALS melhor velocidade e consumo do que 74LS

TTL FAST, 74FAtraso de propagação reduzido

8.4) Características da Série TTL


8.5) Fan-out e acionamento de cargaEstado Baixo: IOL pode aumentar a tensão em Q4 alterando VOL

Estado Alto: IOH pode aumentar a tensão em R2, Q3 e D1 mudando VOH


8.5) Fan-out e acionamento de cargaExemplo:Quantas portas NAND 74ALS00 podem ser acionadas pela saída de uma porta NAND 74ALS00 ?


8.5) Fan-out e acionamento de cargaExemplo:Quantas portas NAND 74ALS00 podem ser acionadas pela saída de uma porta NAND 74ALS00 ?

OL(max) OH(max)

IL(max) IH(max)

I 8 I 0, 4

I 0,1 I 20

mA mA

mA Aµ

= =

= =


IL(max) IH(max)

OL(max)( )

IL(max)

OH(max)( )

IH(max)

I 0,1 I 20

I 880

I 0,1

I 40020

I 20

BAIXO

ALTO

mA A

mAFan out

mA

AFan out

A

µ

µ

µ

= =

− = = =

− = = =

8.6) Outras Características da Série TTL

ENTRADA DESCONECTADA (FLUTUANDO)Para circuitos TTL, uma entrada aberta atua exatamente como o nível lógico 1.Entretanto não é recomendado.

COLOCANDO ENTRADAS TTL EM NÍVEL BAIXOMantendo a entrada normalmente em baixo.


Mantendo a entrada normalmente em baixo.

EXEMPLO:Considere um circuito da família

74LS com IIL=0,4mA. Determine R.

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