TTL e CMOS

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Prof. Marco Muniz
	
	2018/1 – Eletrônica Digital
	
Circuitos Álgebra Booleana
Joabbe Santos, Anderson Almeida
Resumo: Foi realizado um estudo sobre circuitos construídos a partir da álgebra booleana, e suas respectivas famílias. Analisando sua construção e utilização, bem como suas características e funcionamento. Os resultados obtidos foram validos pois foi possível diferencia-lo tanto os TTL quanto o CMOS e suas diversas aplicabilidade.
Palavras-chave: TTL, CMOS, família, frequência.
Introdução
Durante muito tempo, os circuitos construídos a partir da Álgebra booleana foram implementados utilizando-se dispositivos eletromecânicos como, por exemplo, os relês. Portanto, o nível de tensão correspondente a um nível lógico, poderia assumir qualquer valor dependendo apenas das características do projeto. 
As famílias lógicas diferem basicamente pelo componente principal utilizado por cada uma em seus circuitos. As famílias TTL (Transistor-Transistor Logic) e ECL (Emitter Coupled Logic) usam transistores bipolares como seu principal componente, enquanto as famílias PMOS, NMOS e CMOS usam os transistores unipolares MOSFET (transistor de efeito de campo construído segundo a técnica MOS –Metal Oxide Semicondutor) como seu elemento principal de circuito.
Atualmente a Família TTL e a CMOS são as mais usadas, sendo empregadas em uma grande quantidade de equipamentos digitais e também nos computadores e periféricos. Dessa forma, essas serão as famílias abordadas.
Características e Parâmetros Operacionais Básicos
Esta seção apresenta resumidamente as principais características e parâmetros das famílias TTL e CMOS, sob o enfoque da implementação prática de funções lógicas através de circuitos integrados (CIs) digitais.
Tensão de Alimentação
A tensão nominal de alimentação de um CI TTL é VCC= +5V.
A tensão nominal de alimentação de um CI CMOS é bem mais flexível que a de um CI TTL. Um CI CMOS opera com tensões de alimentação de até VCC=+10V, mas é usual uma tensão de alimentação de +5V para que haja compatibilidade com circuitos digitais que utilizem CIs TTL.
Para a categoria de CIs CMOS conhecida como Low-Voltage CMOS, a tensão nominal de alimentação é VCC= +3,3V.
Níveis Lógicos para CIs TTL
V I refere-se a tensões de entrada e VO a tensões de saída. A faixa de tensão unallowed (não permitido) significa que o fabricante do CI não garante o funcionamento correto do CI para tensões nesta faixa.
Figura 1. Níveis de tensão para operação correta de um CI TTL.
Níveis Lógicos para CIs CMOS
VI refere-se a tensões de entrada e vo a tensões de saída. A faixa de tensão unallowed (não permitido) significa que o fabricante do CI não garante o funcionamento correto do CI para tensões nesta faixa.
Figura 2. Níveis de tensão para operação correta de um CI CMOS.
Figura 3. Níveis de tensão para operação correta de um CI CMOS.
Consumo de Potência
CIs TTL têm seu consumo independente da frequência de operação, enquanto CIs CMOS têm seu consumo variando aproximadamente de modo linear com a frequência de operação:
Figura 4. Curva potência x frequência de operação.
Fan-Out
Existe um limite máximo de entradas de portas lógicas que podem ser conectadas simultaneamente à saída de uma porta lógica. Este limite máximo é denominado de fan-out.
Embora o fan-out da família TTL seja independente da frequência, ocorre problema de redução da margem de ruído quando temos muitas portas conectadas em paralelo como carga e a porta acionadora encontram-se com sua saída em estado HIGH.Para um CI TTL o fator limitante do fan-out é a absorção de corrente das portas utilizadas como carga, situação que ocorre quando a porta acionadora encontra-se com sua saída em estado LOW.
Uma porta CMOS possui um fan-out bem maior que uma porta TTL, mas deve-se manter em mente que o fan-out da família CMOS é dependente da frequência de operação devido ao inerente efeito capacitivo nas entradas das portas CMOS.
Comparação de Desempenho entre Famílias Lógicas
Figura 5. Comparação entre subfamílias das famílias TTL e CMOS.
A família BiCMOS é uma família híbrida que utiliza lógica CMOS com transistores de saída na configuração totem pole da família TTL. A legenda para as sub-famílias é: F-fast, LS-Low Power Schottky, ALS-AdvancedLow Power Schottky, ABT-Advanced BiCMOS, HC-High Speed CMOS, AC-Advanced CMOS, AHC Advanced High Speed CMOS, LV-Low Voltage, LVC-Low Voltage CMOS, ALVC-Advanced Low Voltage CMOS.
Referências bibliográficas
1.	Jose, http://www.di.ufpb.br/jose/familias.pdf, último acesso em 2018/03/31.
2.	F.C.C. De Castro, http://www.politecnica.pucrs.br/~decastro/pdf/ED_C4.pdf, último acesso em 2018/03/31.