introducción a la electrónica clases...

Introducción a la Introducción a la Electrónica

Circuitos Digitales

122/10/2009 Introducción a la Electrónica

Familias lógicasFamilias lógicas

2Introducción a la Electrónica

22/10/2009

TecnologíasTecnologías

Los circuitos lógicos son fabricados utilizando gdiferentes tecnologias.

Cada familia lógica tiene ventajas y desventajas asociadas.

Su elección depende del tipo de aplicación• Inmunidad al ruido

• velocidad

• costo

• flexibilidad

• d t t d ió• rango de temperatura de operación

• disipación de potencia

3Introducción a la Electrónica22/10/2009

TecnologíasTecnologíasLas tecnologías mas difundidas son:• CMOS

• Altos niveles de integración• elevada impedancia de entradap• reducido tamaño• reducido consumo

• Bipolar (TTL)Bipolar (TTL)• elevada velocidad de operación• consumo elevado

• BICMOS• BICMOS• Combina elevada velocidad de la tecnología bipolar con la

baja disipación de potencia de CMOS.

• G A• GaAs• Elevada velocidad


Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos

Margen de ruido Un circuito lógico debe gser capaz de rechazar el ruido



Retardo de propagaciónp p g



Disipación de potencia

• Disipación estatica: es la potencia que disipa la compuerta cuando se encuentra en un estado lógicológico.

• Disipación dinámica: es la potencia disipada en la operación de cambio de estado (switch)

Tensión de alimentación

Ej: CMOS

frecuencia de llaveoCapacidad de carga


22/10/2009


Producto retardo-potencia:

• un dispositivo ideal presenta una elevada velocidad de operacion con un reducido consumo de potencia.

• En general estos dos parámetros son de signo contrario• En general estos dos parámetros son de signo contrario. Es decir, si se desea bajo consumo, se debe sacrificar velocidad de operacion.

• El producto retardo-consumo de potencia es una figura de merito para comparar las diferentes tecnologías de circuitos logicosg



Area de silicio: si una compuerta logica requiere una p g qreducida area de silicio para su implemetación permite fabricar un gran número de compuertas por i it i t dcircuito integrado.

Fan-IN: número de entradas por compuerta.

Fan-OUT: número de compuertas similares que d t d lid i difipueden ser conectadas a su salida sin modificar sus

especificaciones


INVERSOR CMOSINVERSOR CMOS

Vi=0 Vo=Voh=VDD

Operación estática

Vi=VDD Vo=VoL=0


Caso de vi=VDDCaso de vi VDD


Caso de Vi = 0Caso de Vi 0


INVERSOR CMOSINVERSOR CMOSTensión umbral


INVERSOR CMOSINVERSOR CMOS

Operación dinámica

C es la capacitancia equivalente que reemplaza el efecto de todos los capacitores


p q q p p

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Corriente y disipaciónCorriente y disipación


Circuitos CMOSCircuitos CMOS


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Ejemplos de redes PULL – DOWNEjemplos de redes PULL DOWN


Ejemplos de redes PULL-UPEjemplos de redes PULL UP



COMPUERTAS CMOSCOMPUERTAS CMOS


Efectos del fan-in y fan-outEfectos del fan in y fan out

Cada entrada adicional requiere de dos transistoresq• Esto incrementa el área de chip y la capacidad

efectiva por compuerta por lo que el retardo de ió i tpropagación se incrementa.

=> aumentar el fan-in incrementa el retardo de propagación El límite es 4propagación. El límite es 4.

• Diseñar circuitos con gran fan-out significa prepararlos para cargar grandes capacitancias y por lo tanto p g g p y ptambién se incrementa el retardo de propagación.


Circuitos con lógica de pasoCircuitos con lógica de paso

Y=ABC Y=A(B+C)


Uso de compuertas CMOS como llavesUso de compuertas CMOS como llaves


Ejemplo con lógica de pasoEjemplo con lógica de paso

0

0

1

1

0


Circuitos lógicos dinámicosCircuitos lógicos dinámicos

Deben ser refrescados periódicamenteDeben ser refrescados periódicamente

Almacenan información en las capacitanciasAlmacenan información en las capacitancias parásitas

Necesitan de una entrada de “reloj”


CMOS dinámicoCMOS dinámico


Cascada de compuertas dinámicasCascada de compuertas dinámicasEl problema de poner compuertas en cascada es que su operación puede ser erróneaque su operación puede ser errónea


Latches y Flip-flopsLatches y Flip flops

Corresponden a circuitos lógicos SECUENCIALES.p g

Requieren de una señal de sincronización (reloj) para operar.

Las compuertas ya vistas son circuitos yCOMBINACIONALES


LatchLatch


FLIP-FLOP SRFLIP FLOP SR


FLIP-FLOP DFLIP FLOP D


ProteccionesProtecciones

Protección de las entradas de una compuerta lógica ante sobrevoltajes(+Vd por sobre la fuente o –Vd debajo de tierra


(+Vd por sobre la fuente o Vd debajo de tierra

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Ring OscilatorRing Oscilator


MemoriasMemorias


Static RAMStatic RAM


Flip-flop SR, direccionado por W y cargado con el dato B

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LecturaLectura


EscrituraEscritura


Dynamic RAMDynamic RAM


Lectura de la RAM dinámicaLectura de la RAM dinámica

1) Se activa la precarga y1) Se activa la precarga y ecualización

2) Se conecta la celda a B y B_: sus tensiones cambian un poco por latensiones cambian un poco por la transferencia de carga de la celda a la línea

3) Se enciende el amplificador ) p(flipflop SR) que lleva los niveles de B a valores lógicos


El inversor con BJTEl inversor con BJT


Familia lógica TTLFamilia lógica TTL

La familia se caracteriza por hacer trabajar los transistores en corte y saturación



Compuerta TTL completaCompuerta TTL completa


Entrada en nivel altoEntrada en nivel alto


Entrada en nivel bajoEntrada en nivel bajo


Compuerta NANDCompuerta NAND


Schottky TTLSchottky TTL

El objetivo es que el transistor no se sature para que tarde menos en conmutar de estado



LS TTLLS TTL


BiCMOSBiCMOS

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