Parametrii electrici (I)

Parametrii electrici (I)

Competente:

Identifica componente electronice

Analizeaza montaje cu circuite integrate digitale

Circuitele logice sunt realizate din tranzistoare, diode si rezistoare sub forma de circuite integrate. Practic, se utilizeaza tehnologia circuitelor semiconductoare integrate care presupune inglobarea, intr-o singura capsula, a mai multor porti.

Se utilizeaza termenul de integrare pe scara mica SSI (Engleza: Small Scale Integration) atunci cand numarul de porti pe capsula este mic (de obicei sub12).

Pentru un numar de porti pe capsula pana la 100 se utilizeaza termenul de integrare pe scara medie MSI (Engleza: Medium Scale Integration ), pentru circuite logice cu 100 pana la 1000 de porti pe capsula se foloseste denumirea de Integrare pe scara larga LSI (Engleza: Large Scale Integration), iar pentru un numar de mii de porti pe capsula, se foloseste termenul de Integrare pe scara foarte larga VLSI (Engleza: Very Large Scale Integration).

Portile tip TTL

Prima familie de porti integrate, inca utilizata, care a reprezentat un succes tehnologic a fost familia numita TTL (Engleza: Transistor - Transistor Logic, Romana: Logica tip tranzistor-tranzistor).

Numarul de porti pe capsula specific acestei tehologii este mic, de obicei intre 2 si 100.

Familia TTL este una dintre cele mai populare familii; logica TTL asigura realizarea unor circuite destul de complexe pe un acelasi cip (Engl: chip; bucata mica de semiconductor pe care se formeaza simultan componentele unui circuit integrat).

Portile tip MOS

Portile tip metal oxid siliciu (Engleza: metal oxide silicon) au inlocuit portile TTL in multe situatii practice si sunt utilizate in circuitele integrate pe scara foarte larga datorita consumului de putere mult mai mic.

Un tranzistor MOS are trei "terminale", terminalul sursa (Engleza: source), terminalul drena (Engleza: drain), si terminalul poarta (Engleza: gate). Se pot utiliza atat tranzistoare cu canal n cat si tranzistoare cu canal p.

Cu ajutorul tranzistoarelor MOS, care inlocuiesc tranzistoarele bipolare, se poate obtine o densitate mare de integrare.

Timpii de comutare pot fi imbunatatiti prin utilizarea CMOS (COMPLEMENTARY MOS ), tehnologie in care sunt utilizate ambele tipuri de tranzistoare MOS

Integratele CMOS au inglobata si o retea de protectie contra descarcarilor electrostatice care pot aparea intre doua terminale ale circuitului, pentru a se impiedica strapungerea oxidului de poarta al tranzistoarelor pentru descarcari electrostatice de pana la 1kV.

Toate circuitele MOS vor fi introduse in ambalaje antistatice si conductive. Stocarea sau transportul vor fi facute in ambalajele livrate de fabricant sau cu terminalele 'cufundate' in materiale spongioase conductive.

Este recomandata legarea la masa a tuturor echipamentelor de manipulare. Suprafetele de lucru utilizate trebuie sa fie conductive. Cei care lucreaza cu circuite CMOS vor purta la incheietura mainii un fir conductiv inseriat cu o rezistenta de 1 MW, conectat la masa.

In continuare vor fi stabilite cateva conventii care vor fi utilizate in studiul circuitelor integrate digitale.

Notam cu I - input (intrare)

O - output (iesire)

Lucrand in logica pozitiva, in care atribuim zero logic celui mai scazut nivel de tensiune si unu logic celui mai ridicat nivel de tensiune, consideram:

L - LOW LEVEL ('0')

H - HIGH LEVEL ('1')

V_CC - tensiunea de alimentare (la circuitele TTL);

GND - GROUND (punct de masa);

V_DD, V_SS - tensiuni de alimentare la circuitele CMOS;

NC - neconectat.

Definim ca tranzitie pozitiva a unui semnal trecerea (frontul) semnalului din nivel logic jos in nivel logic sus, iar tranzitie negativa, din nivel logic sus in nivel logic jos.

Daca actionarea se face pe front, aceasta se marcheaza

Figura 10

Actionarea pe palier se noteaza cu valoarea logica corespunzatoare.

Simbolul ' ' pe o intrare indica nivelul activ jos intrarea actioneaza pe nivelul de '0' logic).

Nivelurile de tensiune logice si curentii corespunzatori

Dispozitivele logice necesita, la intrare, un nivel minim de tensiune pentru a inregistra un 1 logic, si un nivel maxim de tensiune pentru a inregistra 0 logic.

V_IH nivelul de tensiune de intrare in starea '1' (SUS)

V_OH - nivelul de tensiune de iesire in starea '1' (SUS)

V_IL - nivelul de tensiune de intrare in starea '0' (JOS)

V_OL - nivelul de tensiune de iesire in starea '0' (JOS)

EXEMPLU:

VOH  VIH VOL  VIL

Pentru o poarta NU, reprezentarea nivelurilor de tensiune la iesire si la intrare este urmatoarea:

Figura 11

Pentru circuitele TTL, 1 logic este reprezentat de o tensiune nominala de 3,4V, desi ea poate lua valori intre 2,4V si 5V. Asociem adesea lui 1 logic valoarea de 5V. Tensiunea de alimentare a circuitelor TTL este tot de 5V.

Un 0 logic este reprezentat de 0,2V nominal, dar poate fi generat cu valori intre 0V si 0,4V. In general, asociem lui 0 logic valoarea de 0V.

Valorile de tensiune si curent trebuie sa asigure compatibilitatea intre circuite (iesirea unei porti sa fie recunoscuta de intrarea urmatoarei porti care trebuie comandata ).

Variatiile produse de tolerantele componentelor realizate practic, cat si cele datorate distorsiunilor si zgomotului, fac ca situatia ideala a doua niveluri unice de tensiune, corespunzatoare celor doua valori logice, sa fie imposibil de obtinut practic.

Pentru a se putea distinge intre cele doua stari, trebuie prevazuta o regiune intermediara, interzisa valorilor posibile ale tensiunii, iar informatia va fi reprezentata practic prin domenii sau benzi de tensiune.

In figura de mai jos sunt definite, ca exemplu, caracteristicile nivelurilor logice iesire-intrare pentru circuite CMOS si TTL standard.

CARACTERISTICI DE  CARACTERISTICI DE

INTRARE  IESIRE

VDD

(V)