Introducción a la Electrónica clases...
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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
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Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos
Margen de ruido Un circuito lógico debe gser capaz de rechazar el ruido
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Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos
Retardo de propagaciónp p g
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Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos
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
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Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos
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
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Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos
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
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INVERSOR CMOSINVERSOR CMOS
Vi=0 Vo=Voh=VDD
Operación estática
Vi=VDD Vo=VoL=0
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Caso de vi=VDDCaso de vi VDD
11Introducción a la Electrónica22/10/2009
Caso de Vi = 0Caso de Vi 0
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INVERSOR CMOSINVERSOR CMOSTensión umbral
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INVERSOR CMOSINVERSOR CMOS
Operación dinámica
C es la capacitancia equivalente que reemplaza el efecto de todos los capacitores
14Introducción a la Electrónica
p q q p p
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Corriente y disipaciónCorriente y disipación
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Circuitos CMOSCircuitos CMOS
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Ejemplos de redes PULL – DOWNEjemplos de redes PULL DOWN
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Ejemplos de redes PULL-UPEjemplos de redes PULL UP
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COMPUERTAS CMOSCOMPUERTAS CMOS
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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.
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Circuitos con lógica de pasoCircuitos con lógica de paso
Y=ABC Y=A(B+C)
22Introducción a la Electrónica22/10/2009
Uso de compuertas CMOS como llavesUso de compuertas CMOS como llaves
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Ejemplo con lógica de pasoEjemplo con lógica de paso
0
0
1
1
0
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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”
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CMOS dinámicoCMOS dinámico
26Introducción a la Electrónica22/10/2009
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
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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
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LatchLatch
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FLIP-FLOP SRFLIP FLOP SR
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FLIP-FLOP DFLIP FLOP D
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ProteccionesProtecciones
Protección de las entradas de una compuerta lógica ante sobrevoltajes(+Vd por sobre la fuente o –Vd debajo de tierra
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(+Vd por sobre la fuente o Vd debajo de tierra
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Ring OscilatorRing Oscilator
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MemoriasMemorias
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Static RAMStatic RAM
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Flip-flop SR, direccionado por W y cargado con el dato B
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LecturaLectura
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EscrituraEscritura
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Dynamic RAMDynamic RAM
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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
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El inversor con BJTEl inversor con BJT
40Introducción a la Electrónica22/10/2009
Familia lógica TTLFamilia lógica TTL
La familia se caracteriza por hacer trabajar los transistores en corte y saturación
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42Introducción a la Electrónica22/10/2009
Compuerta TTL completaCompuerta TTL completa
43Introducción a la Electrónica22/10/2009
Entrada en nivel altoEntrada en nivel alto
44Introducción a la Electrónica22/10/2009
Entrada en nivel bajoEntrada en nivel bajo
45Introducción a la Electrónica22/10/2009
Compuerta NANDCompuerta NAND
46Introducción a la Electrónica22/10/2009
Schottky TTLSchottky TTL
El objetivo es que el transistor no se sature para que tarde menos en conmutar de estado
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48Introducción a la Electrónica22/10/2009
LS TTLLS TTL
49Introducción a la Electrónica22/10/2009
BiCMOSBiCMOS
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