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Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Circuitos Integrados Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com MicroeletrônicaMicroeletrônica • Estuda Técnicas de projeto fabricação e testes de Circuitos Integrados – Possibilidades para construção de um circuito eletrônico: • Utilizando CI’s de prateleira (7400, 4000, 8086, Z80, 68000.....) • C. I. de aplicação específica (Muito utilizado atualmente pelas empresas de médio e grande porte em todo ou parte de determinados equipamentos eletrônicos de grande volume de produção) • Vantagens em se utilizar um C. I. de aplicação específica: – Menor área ocupada – Menor custo – Maior facilidade de manutenção – Proteção contra propriedade industrial (não pode ser copiado) Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Metodologias de Projetos de Circuitos Integrados Digitais de Aplicação Específica ASIC - Application Specific Integrated Circuit Circuitos Integrados de Aplicação Específica (Dedicados) Circuitos Dedicados Totalmente personalizados (Full Custom) Semi personalizados Células Padrão (Standard Cell) Matriz de Portas (Gate Array) Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Projeto de C. I. Dedicados Totalmente Personalizados (FULL CUSTOM) Técnica “Top-Down” Hierarquicamente estruturado VDD Fabricação: Todos os passos (Completa) Vantagens: Comportamento estático e dinâmico muito bom Mínima área Desvantagens: Custo Elevado Tempo de projeto elevado Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Semi Personalizados C. I. já difundido, só falta a camada de interconexão Pode ter uma ou duas camadas de interconexão Cada célula contém transistores isolados (CMOS) Projeto Lógico Ferramentas de C.A.D Biblioteca de Células Lay-out Metodologia de Projeto com Arranjo de Portas (Gate Array) CHIP Vantagens: Menor número de máscaras Baixo custo Realização rápida Desvantagens: Muitas interconexões Baixa utilização da superfície Otimização impossível Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Metodologia Usando Células Padrão (Standard Cell) • Biblioteca de subsistemas digitais • Projeto baseado em equações lógicas Regist. Contador ULA CHIP Os blocos Registrador, Contador e ULA tem suas características bastante conhecidas, bastando apenas interliga-los e projetar o que não existe na biblioteca Vantagens: Projetista não necessita de muito conhecimento de C. I. Basta saber o projeto lógico Desvantagens: Área total não otimizada Potência e tempo de atraso não são bons Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Comparação entre as metodologias de projeto de C. I. - VLSI Complexidade Funcional Células Padrão Totalmente Personalizado Arranjo de Portas STANDARD CELL FULL CUSTOM GATE ARRAY RegularidadeCusto Relativo Prateleira Arranjo de Portas Célula Padrão Tot. Personalizado Volume de Produção Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Vantagens e desvantagens dos ASICs Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Vantagens e desvantagens dos ASICs Full-Custom: - ASIC mais versátil - e com maior capacidade de integração (Densidade) - elevado custo de desenvolvimento, - demora muito tempo para chegar até o mercado - e risco de não funcionar corretamente devido a sua complexidade (Imagine um miprocessador com 9 milhões de transistores). Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Custo (US$) Tempo Protótipo % Pré- Processada Totalmente personalizado (Full Custom) 50K-250K 6-18 meses 0 Célula Padrão (Standard Cell) 25K-80K 2-6 meses 0 Arranjo de Portas (Gate Array) 5K-40K 2 semanas a 3 meses 80 – 90 % Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Níveis de Projeto • Nível Funcional: – Divisão do circuito a ser projetado em “caixas pretas”, cada uma com uma função específica. Ex: Registrador, Somador, Contador.... • Nível Lógico: – Detalhamento de cada uma das “caixas pretas” em blocos lógicos (portas lógicas). Ex: Portas NE, NOU, Inversores.... • Nível de Transistores: – Interligação dos componentes (transistores) para a implementação das portas lógicas, bem como definição das dimensões geométricas destes transistores. Ex: Transistores nMOS de W=10m e L=5m • Nível de Layout: – Layout final do circuito de acordo com as regras de projeto fornecidas e com as dimensões preestabelecidas pelo nível 3. Ex: Ver layout posteriormente Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Classificação dos C.I. Classificação dos circuitos integrados quanto à sua aplicação: Lineares ou analógicos Digitais Os primeiros, são CIs que produzem sinais contínuos em função dos sinais que lhe são aplicados nas suas entradas. A função principal do CI analógico é a amplificação. Podem destacar-se neste grupo de circuitos integrados os amplificadores operacionais (AmpOp). Os segundos são circuitos que só funcionam com um determinado número de valores ou estados lógicos, que geralmente são dois (0 e 1). Nível lógico 1 Nível lógico 0 t Sinal analógico: sinal que tem uma variação contínua ao longo do tempo. Sinal digital: sinal que tem uma variação por saltos de uma forma descontínua. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Classificação dos C.I. Classificação dos circuitos integrados quanto à sua gama de integração: A gama de integração refere-se ao número de componentes que o CI contém. SSI (Small Scale Integration) – Integração em pequena escala: São os CI com menos componentes. Podem dispor de até 30 dispositivos por pastilha (chip). MSI (Medium Scale Integration) – Integração em média escala: Corresponde aos CI com várias centenas de componentes, podendo possuir de 30 a 1000 dispositivos por pastilha (estes circuitos incluem descodificadores, contadores, etc.). LSI (Large Scale Integration) – Integração em grande escala: Contém milhares de componentes podendo possuir de 1000 até 100 000 dispositivos por pastilha (estes circuitos normalmente efectuam funções lógicas complexas, tais como toda a parte aritmética duma calculadora, um relógio digital, etc.). VLSI (Very Large Scale Integration) – Integração em muito larga escala: É o grupo de CI com um número de componentes compreendido entre 100 000 e 10 milhões de dispositivos por pastilha (são utilizados na implementação de microprocessadores). ULSI (Ultra Large Scale Integration) – Integração em escala ultra larga: É o grupo de CI com mais de 10 milhões de dispositivos por pastilha. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais FAN – Out ou Acionamento de carga Geralmente as saídas de um circuito lógico necessitam acionar varias entradas lógicas. Algumas vezes todos os CI em um sistema digital pertencem a uma mesma família lógica, porem muitos sistemas fazem uso de diversas famílias lógicas. O FAN-OUT ou Acionamento de carga é definido como: o numero Maximo de entradas lógicas que uma saída pode acionar com segurança quer dizer o numero de porta de entrada do tipo idêntico que e possível ligar a saída de uma porta, esta informação normalmente e fornecida pelo fabricante do CI, mais pode ser calculada a partir dos dados de corrente de saída e de entrada das portas. Por exemplo uma porta lógica que tem um Fan –Out de 10 pode acionar 10 entradas lógicas se esse numero exceder a tensão de nível lógico de saída não poderá ser mais garantida. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Fan-Out (baixo) = Iol(Max) / Iil(Max) Fan-out (alto) = Ioh(max) / Iih(max) A folha de especificação do circuito 74LS04A indica os seguintes valores Maximo IOH = 0,4 mA , IOL = 8 mA, IIH = 20μA IIL = 0,1 mA. Calcularo Fan-Out em cada uma dos níveis lógicos pela relação entre a corrente fornecida e a corrente recebida. Fan-Out (baixo) = Iol(Max) / Iil(Max) Fan-Out (baixo) = 8 / 0.1 Fan-Out (baixo) = 80 Fan-out (alto) = IOH(max) / IIH(max) Fan-Out = 0.4 / 0.020 Fan-out (alto) = 20 Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Como neste caso o FAN-Out (Alto) é diferente do FAN-Out (Baixo), mas terá de passar pela porta ambos os níveis lógicos, terá que se usar o menor valor. Portanto será possível ligar um Maximo de 20 portas do mesmo tipo a saída de uma porta 74ALS04. O resultado da violação da especificação de FAN-Out de uma porta será um abaixamento da tensão que devera levar a interpretação incorreta do sinal lógico produzido por aquela porta. Os valores típico de Fan-out Portas TTL de 10 a 20 (em CI de baixo consumo), Portas CMOS este valor é superior a 100. Os CMOS tem um FAN-Out muito elevado em relação aos TTL isto devido ao fato de os CMOS ter um consumo mais baixo. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais O Fan-In indica a quantidade máxima de saídas que podemos ligar a uma entrada. FAN-In corresponde diretamente ao numero de entradas de uma porta quer dizer uma porta de 4 entrada tem um Fan-In de 4 entradas. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais As famílias de CI tem sido caracterizada pela a velocidade ou pela potencia. Geralmente é mais desejável obter atraso de propagação menores (alta velocidade) e baixo consumo ou baixo valor de potencia dissipada. Uma forma comum para medir e comparar a performance total de uma família de CI é o produto Velocidade_potencia, que é obtido multiplicando-se o atraso de propagação da porta pela dissipação de potencia da mesma. Suponhamos que um CI tenha atraso médio de 10ns e um potencia de dissipação de 5mw, o produto Velocidade_Potencia será: Velocidade X Potencia = 10ns *5mw Velocidade X Potencia = 50 pJ (picoJoule) Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Pretende-se que o produto Velocidade_Potencia seja o mais baixo possível e o que os projetista estejam trabalhando e projetando CI com maior velocidade de propagação isto é reduzindo o atraso ou diminuído sua potencia de dissipação. O produto atraso-potência tende a ser constante para uma particular tecnologia de fabricação de circuitos digitais e pode ser utilizado para comparar diferentes tecnologias. quanto menor o valor de o valor de Velocidade_Potencia, melhor a tecnologia do ponto de vista de maior velocidade e menor consumo de potência. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Campos elétricos e magnético parasitas podem induzir tensões nos fios de conexão entre os circuitos lógicos. Estes sinais espúrios indesejáveis são chamados de ruídos e podem ocasionalmente fazer com que as tensões na entrada de um circuito lógico caia abaixo de VIH(min) ou aumente alem de VIL(Max) o que produzira uma operação inesperada. A imunidade ao ruído de um circuito lógico se refere a capacidade do circuito em tolerar ruído sem provocar alterações espúrias na tensão de saída ou seja é o nível de ruído (tensão) que um determinado tipo de circuito pode estar sujeito sem conduzir a uma interpretação errada do nível lógico presente. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com A medida quantitativa da imunidade ao ruído é chamada de margem de ruído. Margem de ruído para o estado alto. VNH = VOH(min) – VIH (min) Margem de ruído para estado baixo VNL = VIL(Max) – VOL(Max) Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Quando uma saída lógica em nível alto esta acionando uma entrada de um circuito lógico , qualquer spike de ruído negativo maior do que VNH que apareça na linha de sinal pode fazer com que a tensão vá para a faixa indeterminada onde uma operação imprevisível pode ocorrer. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Para operar adequadamente os níveis de tensão de entrada de um circuito lógico devem ser mantidos fora das faixas indeterminadas (figura) Ou seja, Tem de ser menores do que VIL(Max) ou maiores do que VIH(min) para as especificações da serie TTL as tensões deve ser menor que 0,8 e maior que 2 , uma tensão de entrada entre o,8V e 2V é considerada uma tensão de entrada invalida que produz uma resposta de saída imprevisível e portanto teve ser evitada. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais FAN IN (Correntes de entrada) O termo FAN IN significa leque de entrada, isto é, o conjunto das informações das correntes de entrada. O FAN IN é dado normalmente em amperes, nas formas de corrente de entrada para nível alto, fan in 1 ou IIH e corrente de entrada para nível baixo, fan in 0 ou IIL. As correntes de entradas significam as corentes quiescentes, Ou seja, as correntes necessárias para o perfeito funcionamento das entradas (as correntes de saídas são fornecidas com seus valores máximos). Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais FAN OUT (Correntes de saída) O termo FAN OUT significa leque de saída e corresponde ao conjunto de informações sobre as correntes de saída. FAN OUT, ao contrário de FAN IN, não é fornecido em amperes, mas sim, convencionalmente, como o número de entradas-padrão (da mesma família) que uma saída consegue excitar (alimentar) com garantia. É um número adimensional e tem um sentido estritamente doméstico (não tem sentido falar sobre fan out entre famílias diferentes, embora possamos calcular facilmente a capacidade excitatória de uma família para outra). Por exemplo, a porta desenhada, podemos dizer que o FAN OUT daquela família é 3 se a saída for capaz de drenar 3 x 1,3mA das três entradas a ela ligadas e fornecer 3 x 1,5uA para as mesmas Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Classificação dos C.I. Classificação dos circuitos integrados quanto ao tipo de transístores utilizados: Bipolar e Mos-Fet. Os circuitos integrados digitais estão agrupados em famílias lógicas. Famílias lógicas bipolares: RTL – Resistor Transistor Logic – Lógica de transístor e resistência. DTL – Díode Transistor Logic – Lógica de transístor e díodo. TTL – Transistor Transistor Logic – Lógica transístor-transístor. HTL – High Threshold Logic – Lógica de transístor com alto limiar. ECL – Emitter Coupled Logic – Lógica de emissores ligados. I2L – Integrated-Injection Logic – Lógica de injecção integrada. Famílias lógicas MOS: CMOS – Complemantary MOS – MOS de pares complementares NMOS/PMOS NMOS – Utiliza só transístores MOS-FET canal N. PMOS - Utiliza só transístores MOS-FET canal P. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Característicasdos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais A família DTL (Lógica de diodos e transistores) é uma extensão da lógica com diodos, permitindo formar além dos blocos E ou OU, os blocos NE e NOU. O circuito básico da porta NE DTL é visto na figura: Principais características: bloco lógico básico é a porta NE, tempo de atraso da ordem de 30ns, fan-out ~ 8, potência/bloco ~ 10mw, imunidade ao ruído da ordem de 1,4V. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Exercício: Desenhe a porta NOU DTL. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais A família DCTL (Lógica de transistores diretamente acoplados) permitem alimentação de baixa tensão, em torno de 3V. Fan-out igual a 2 (limitação), baixa potência em função do menor números de resistores internos, imunidade ao ruído baixa, em função do fato de que qualquer variação da tensão de entrada poderá fazer, facilmente, com que um dos transistores saia da situação de corte e entre em situação de saturação. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais A família RLT (Lógica de transistores e resistores) é uma das primeiras famílias transpostas para os circuitos integrados. Essa família é semelhante à família DCTL somente que seus circuitos não possuem acoplamento direto dos transistores. Analogamente à família DCTL, possui circuitos simples e de fácil compreensão. O circuito de uma porta NOU na família RTL é visto na figura: Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Características gerais: Fan-out igual a 5, Potência dissipada por bloco da ordem de 10mW, (devido à introdução dos resistores de base), Tem-se maior imunidade ao ruído que na família DCTL e Tempo de atraso típico da ordem de 12ns. A maior imunidade ao ruído é devido ao fato de o ruído, para polarizar a junção base-emissor do transistor, deve perder energia sobre o resistor de 450 ohms. A tensão associada a esta perda é justamente o incremento de imunidade a ruídos que esta família tem em relação ao circuito correspondente sem resistor. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais A família RCTL (Lógica de Transistor-resistor-capacitor) é semelhante à RTL, apenas com a introdução de capacitores para diminuir o tempo de atraso, ou seja, aumentar a velocidade de comutação. O efeito dos capacitores é diminuir o tempo de atraso, pois quando se aplica um degrau de tensão em um capacitor, o mesmo comporta-se como um curto-circuito no instante inicial. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais A família TTL (Logica de Transistores Bipolares) é derivada da família DTL (vide comparação na figura), diferenciando-se no uso de Transistores Multiemissores, o que resulta em uma série de vantagens ,tais como: - eliminação da rede de diodos e resistores de entrada, - maior velocidade de comutação - e ainda, maior facilidade de construção em escala integrada, tornando-se menor o custo por unidade. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais A família TTL foi originalmente desenvolvida pela TEXAS Instruments, mas hoje, muitos fabricantes de semicondutores produzem seus componentes. Esta família é principalmente reconhecida pelo fato de ter duas séries que começam pelos números 54 para os componentes de uso militar e 74 para os componentes de uso comercial. Os Cis da série TTL 74-padrão oferecem uma combinação de velocidade e potências consumidas adequadas a um grande número de aplicações. Entre os CIs desta série, podemos encontrar uma ampla variedade de portas lógicas, flip-flops, construídos segundo a tecnologia SSI, além de registradores de deslocamento, contadores, decodificadores, memórias e circuitos aritméticos, construídos com a tecnologia MSI. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Séries 74/54 Simbologia Características dos Circuitos Integrados Digitais Geralmente, observaremos nos CI’s com tecnologia TTL um código semelhante ao mostrado abaixo: ZZ 74 AC KK XXX NT onde ZZ é geralmente o código do fabricante (ex. SN da Texas Inst.). Os números 74 e 54 dizem respeito à Faixa de Temperatura de funcionamento. O código 74, conhecido por versão comercial tem características de temperatura para Bipolar na faixa [0..70°C] e na versão com compatibilidade CMOS na faixa [-40..85°C]. O código 54, conhecido por versão Militar te a faixa de utilização de [-55..125°C]. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Séries 74/54 Simbologia Características dos Circuitos Integrados Digitais Geralmente, observaremos nos CI’s com tecnologia TTL um código semelhante ao mostrado abaixo: ZZ 74 AC KK XXX NT As letras que aparecem após o 74/54 especificam a sub-família: - nenhum código ou N para TTL Standard (TTL padrão ou normal), - L para Low Power , - LS para Low Power Schottky (Baixa Potência com Junções Schottky), - S para Schottky (Junções Schottky), - ALS para Advanced Low Power Schottky (Baixa Potência/Junções Schottky- avançada), - AS para Advanced Schottky (Junções Schottky -versão avançada), - F para FASTTM (FAST (marca registrada)), - e C para compatibilidade com CMOS. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Séries 74/54 Simbologia Características dos Circuitos Integrados Digitais Geralmente, observaremos nos CI’s com tecnologia TTL um código semelhante ao mostrado abaixo: ZZ 74 AC KK XXX NT KK s números identificadores especiais relacionados com o número de bits de barramento de CI’s de interface. Os números XXX especificam a função do CI (ex. 00 tem quatro portas NE de duas entradas). NT identifica o tipo de encapsulamento. ex. N=300mil DIP Dual in Pine; NT é 300 mil DIP para 24/28 pinos; D=150 mil SO; DW 300 mil SO 20/24/28 pinos; DL 300 mil SSOP (Shrink Small Outline Package) 48/56 pinos Características dos Circuitos Integrados Digitais Séries 74/54 Simbologia Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Alimentação: A versão Comercial (74xx) tem tolerância de 5% na alimentação [de 4,75 a 5,25V] e faixa de temperatura de trabalho entre 0° a 75°C e a versão militar Militar (série 54xx) uma tolerância de 10% com faixa de temperatura de trabalho entre - 55°C a 125°C. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Níveis de Entrada e Saída: Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais -TTL 74L de Baixa Potência: -adequada para o uso em aplicações nas quais a dissipação de potência é um problema mais crítico do que a velocidade de operação. -Exemplo de aplicação: Circuitos que operam a baixas freqüências, alimentados por baterias, como as calculadoras eletrônicas. Esta série tornou-se obsoleta com o desenvolvimento das séries 74LS, 74ALS e CMOS, que oferecem chips com baixo consumo de potência, operando a velocidades bem mais altasque as dos dispositivos 74L. Por isso a série 74L não é recomendada para ser usada no projeto de novos circuitos; Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais -TTL 74H de Alta Velocidade: -apresenta um aumento da velocidade em relação a série 74L, porém esse aumento é conseguido à custa do aumento da potência consumida pelos dispositivos da série. A série 74H também ficou obsoleta com o desenvolvimento da série TTL Schottky; -TTL 74S Schottky: -reduz o retardo de armazenamento, com o uso do diodo Schottky. Opera com o dobro da velocidade da 74H, consumindo mais ou menos a mesma potência; -TTL 74LS Schottky de Baixa Potência (LS-TTL): -é uma versão da 74S, que apresenta CIs com consumo de potência mais baixo e com velocidade também mais baixa. Tais características colocaram a série 74LS como a “principal” série de toda a família TTL, sendo atualmente usada em todos os novos projetos em que a velocidade é um fator preponderante. Esta posição de liderança tende a ser perdida pouco a pouco pela nova série 74ALS; Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais -TTL 74AS Schottky Avançada (AS-TTL): é a série TTL mais rápida, e com o produto velocidade potência significativamente mais baixo que o da série 74S. A série 74AS tem outras vantagens sobre as demais, incluindo a necessidade de correntes de entrada extremamente baixas, o que resulta em fan-outs maiores que os da série 74S. -TTL Schottky Avançada de Baixa Potência (74ALS-TTL): oferece uma sensível melhora em relação à 74LS no que diz respeito à velocidade de operação e à potência consumida. Esta série tem o mais baixo produto velocidade-potência de todas as séries TTL, e está muito próxima de ter a mais baixa dissipação de potência por porta lógica. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Considerando primeiramente o estado BAIXO ( nivel 0) Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Na figura a saída apresenta 3 estados de saída: o estado 0 (Q4 saturado e Q3 cortado), o estado 1 (Q4 cortado e Q3 saturado) e um terceiro estado de alta impedância (Q4 e Q3 cortados), conhecido como terceiro estado. Diz-se que esta saída é do tipo tri-state (3S). Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Se aplicarmos um nível zero (0V) na entrada E (enable, entrada de habilitação), Q5 será cortado e o circuito funcionará normalmente como uma porta NE. Se aplicarmos nível 1(Vcc), o transistor Q5 saturará e o potencial no ponto X cairá para um valor baixo, levando Q3 e Q4 para a situação de corte. O terminal de saída S, neste caso, estará praticamente desconectado do circuito e ocasionará o estado de alta impedância. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Família ECL (Emitter-Coupled Logic) A família ECL (Lógica de Emissores acoplados) utiliza nos circuitos o acoplamento direto entre emissores dos transistores. Esse fato faz com que os transistores não trabalhem na região de saturação e traz como consequência, um menor tempo de resposta, ou seja, uma velocidade de trabalho alta. De fato, dentre as famílias lógicas aqui estudadas, é a que permite a maior velocidade de comutação (1,55 ns). Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Família ECL (Emitter-Coupled Logic) Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais A família MOS (Lógica de transistores MOS-FET) são circuitos formados a partir de transistores MOSFETs, transistores de efeito de campo, construídos a partir da tecnologia MOS (semicondutor de óxido metálico). Ilustra-se abaixo estes transistores. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.comCaracterísticas dos Circuitos Integrados Digitais A tecnologia MOS apresenta como característica uma maior densidade de integração que os bipolares, de forma a conseguirmos um grande número de componentes dentro de um mesmo encapsulamento. Graças a esta característica, têm grande aplicação em circuitos de memórias de grande capacidade e microprocessadores. Como vantagens desta família temos - o baixo custo de fabricação; - menor consumo (não utiliza resistores na fabricação de C.I.'s. Os transistores fazem o papel de resistores); - menor espaço ocupado (ótimo para C.I.'s com alta escala de integração como memórias e microprocessadores). A principal desvantagem desta família é sua menor velocidade de operação. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais A família CMOS (MOS com simetria complementar) sempre haverá um transistor pMOS trabalhando com um outro nMOS em simetria complementar Tem seus circuitos construídos basicamente de pares de MOS canal n e MOS canal p. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Suas configurações básicas permitem, como na família MOS, uma grande escala de integração, com os blocos formados a partir dessa técnica, consumindo a mais baixa potência de todas as famílias sendo Outra característica importante é o seu grande Fan-out por se tratar de circuitos de alta impedância de entrada Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Quanto à alimentação, essa família permite uma larga faixa de tensões que garante um bom funcionamento: desde 3V até 15V (série 40XX) ou de 3V até 18V (série 40XXB). Sua fabricação é mais simples que a da família TTL. - Tem uma menor densidade de integração - e são circuitos mais complexos se comparada à tecnologia nMOS . - mais rápida que a tecnologia pMOS. Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Quanto as características de tensão das entradas e saídas, a familia CMOS tem um comportamento Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados DigitaisCaracterísticas dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Tipos de Encapsulamento do C.I. Os circuitos integrados são pequenos cristais de silıcio germano ou Arsenato de Galio que para poderem ser facilmente utilizados, estão inseridos em invólucro que facilitam o seu manuseio e interligação. O desenvolvimento e avanço nos circuitos integrados continuam cada vez mais rápido. O mesmo pode ser dito quanto aos encapsulamento de CIs, existe uma variedade de encapsulamento que diferem no tamanho físico, nas condições ambientais e de consumo de energia sobre os quais o dispositivo pode operar confiavelmente e no modo pelo qual o encapsulamento do CI é montado na placa de circuito impresso. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Tipos de Encapsulamento do C.I. Encapsulamento com dupla fila de pinos (DIL ou DIP – Dual In Line) Encapsulamento planas (Flat-pack) Encapsulamento metálicas TO-5 (cilíndricas) Encapsulamento especiais Enquanto as Encapsulamento TO-5 são de material metálico, as restantes podem utilizar materiais plásticos ou cerâmicos. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Encapsulamento com dupla linha de pinos Para os CI de baixa potência – DIL ou DIP As Encapsulamento de dupla fila de pinos são as mais utilizadas, podendo conter vários chips interligados. Nos integrados de encapsulamento DIL a numeração dos terminais é feita a partir do terminal 1 (identificado pela marca), vai por essa linha de terminais e volta pela outra (em sentido anti-horário). Durante essa identificação dos terminais o CI deve ser sempre observado por cima. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Encapsulamento com quatro linhas de pinos QIL – Quad In Line Para c.i. de média potência, por exemplo, amplificadores de áudio. A principal razão da linha quádrupla de pinos é o de permitir um maior afastamento das respectivas “ilhas” de ligação no circuito impresso, de forma que pistas mais largas (portanto para correntes maiores) possam ser ligadas a tais “ilhas”. 1 Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Encapsulamento com linha única de pinos SIL – Single In Line Alguns integrados pré-amlificadores, e mesmo alguns amplificadores de certa potência, para áudio, apresentam esta configuração. 1 Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Encapsulamento Planos (Flat-pack) As Encapsulamento planos têm reduzido volume e espessura e são formadas por terminais dispostos horizontalmente. Pelo facto de se disporem sobre o circuito impresso a sua instalação ocupa pouco espaço. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Encapsulamento metálico TO-5 Têm um corpo cilíndrico metálico, com os terminais dispostos em linha circular, na sua base. A contagem dos terminais inicia-se pela pequena marca, em sentido horário, com o componente visto por baixo. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Encapsulamento especiais As Encapsulamento especiais sãoos que dispõem de numerosos terminais para interligarem a enorme integração de componentes que determinados chips dispõem (por exemplo, CI contendo microprocessadores). Encapsulamento QUAD PACK Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Circuitos Integrados de potência Alguns integrados de potência têm um Encapsulamento extremamente parecido com a dos transístores de potência. Algumas observações importantes a respeito das aletas de acoplamento aos dissipadores de calor: Aleta metálica Dissipador de calor As aletas podem ser fixadas a dissipadores de alumínio em método idêntico ao utilizado nos transístores de potência. Acoplar-se as aletas à própria caixa (se for metálica) que contém o circuito. As aletas podem ser soldadas a uma das faces de cobre do circuito impresso (no caso de uma dupla face). As aletas, quase sempre estão ligadas electricamente por dentro do c.i., ao pino correspondente ao negativo da alimentação (massa). Características dos Circuitos Integrados Digitais Encapsulamento de C.I. em SMT Existem três tipos básicos de Encapsulamento de circuitos integrados em SMT (Surface Mount Technology): SOIC – Small-Outline Integrated Circuit – é semelhante a um DIP em miniatura e com os pinos dobrados. PLCC – Plastic-Leaded Chip Carrier – tem os terminais dobrados para debaixo do corpo. LCCC – Leadless Ceramic Chip Carrier – não tem pinos. No seu lugar existem uns contactos metálicos moldados na Encapsulamento cerâmica. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Tipos de Encapsulamento do C.I. Características dos Circuitos Integrados Digitais Prof. Luciano M. Camillo professorcamillo@gmail.com Bases (Soquetes) para os C.I. A base ou soquete, em termos práticos, além de facilitar a eventual manutenção do circuito, evita o aquecimento do circuito integrado quando se solda. Características dos Circuitos Integrados Digitais
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