Aula 11 - Famílias lógicas - CMOS e TTL

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Famílias Lógicas: CMOS, TTL – Tensões como Variáveis Lógicas
Disciplina: Circuitos Digitais
 
Aula 11
Lucas Santos Pereira
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Histórico
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Níveis Lógicos
No século XIX, George Boole sistematizou a álgebra booleana em dois tipos:
Verdadeiras ( a qual atribui o símbolo matemático “1”).
Falso ( a qual atribui o símbolo matemático “0”).
Níveis de Abstração
Portas Lógicas
A álgebra booleana tem por base três operações: AND, OR e a NOT. Também chamadas de portas lógicas.
Uma porta lógica é um circuito digital com uma ou mais tensões de entradas e somente uma tensão de saída. Através da combinação dessas portas, obtemos os circuitos lógicos.
Tensão como Variáveis Lógicas
O valor booleano 0 (zero) pode representar qualquer tensão dentro da faixa 0 a 0,8 V; 
O valor booleano 1 (um) pode representar qualquer tensão dentro da faixa 2 a 5 V; 
Tensões entre 0,8 V e 2 V são indefinidas e não deveriam ocorrer em circunstâncias normais; 
Dessa forma, as variáveis booleanas 0 e 1 não representam efetivamente números, mas sim o estado do nível de tensão de uma variável.
Portas Lógicas
Porta NOT: 
A=0 (conduz) A=1 (não conduz)
 Tabela Verdade
A
X
0
1
1
0
Portas Lógicas
Porta NOT: 
A=0 (conduz) A=1 (não conduz)
Transistores
PMOS = (Positive Metal-Oxide Semiconductor - Semicondutor de Óxido-Metal Positivo)
NMOS = (Negative Metal-Oxide Semiconductor - Semicondutor de Óxido-Metal Negativo)
Portas Lógicas
Porta AND: 
Portas Lógicas
Porta AND: 
Portas Lógicas
Porta OR: 
Portas Lógicas
Porta OR: 
Dispositivo: Transistor
Dispositivo Físico
Circuito Integrado
O Circuito Integrado é um circuito eletrônico construído em escala microscópica. Normalmente feito em silício (material semicondutor)
Características dos Circuitos Integrados
Tensão de Alimentação;
Valores de tensão para os níveis lógicos alto e baixo;
Tecnologia de fabricação;
Tipo de transistor utilizado para o chaveamento;
Velocidade de operação;
Entre outros.
Famílias de Circuitos Integrados
As principais famílias lógicas de circuitos digitais são:
TTL ( Lógica Transistor - Transistor)
CMOS ( Semicondutor de Óxido-Metal Complementar).
Em projetos de sistemas digitais, é muito comum haver a necessidade de se fixar um determinado nível lógico nas entradas das portas lógicas, como também é comum não se utilizar determinadas entradas.
Uma entrada em aberto em TTL é entendida como nível lógico 1.
Uma entrada em aberto em CMOS é entendida como nível lógico 0.
Circuitos Integrados
A tensão de alimentação em relação a tecnologia de fabricação:
1µm – 5V
0,35 µm – 3,3V
0,18 µm – 1,8V
Tecnologia atual: 32nm, 22nm – 0,9V
Família TTL
TTL significa ( Lógica Transistor-Transistor) ou (Transistor-Transistor Logic);
Tensão de alimentação utilizada se restringe a 5 V DC (Discrete Current – Corrente Contínua), tendo porém uma faixa de tensão correspondente aos níveis lógicos 0 e 1. A Figura a seguir apresenta a faixa de tensão de entrada. 
Família TTL
Níveis de tensão de saída
Família TTL
A família TTL apresenta varias subfamílias: 74L, 74F, 74H, 74S, 74LS, 74AS, 74ALS, etc. Cada uma é adequada a um tipo de aplicação.
Geralmente é observado nos CI’s com tecnologia TTL um código como este.
Família CMOS
O CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) foi patenteado em 1963 por Frank Wanlass.
Tecnologia mais utilizada na fabricação de circuitos integrados:
Elementos de lógica digital (portas lógicas, flip-flop, contadores, decodificadores...);
Microprocessadores;
Microcontroladores;
Memórias RAM...
Família CMOS
Utiliza dois transistores MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) de canal N e P que são complementares um ao outro;
As características básicas desta família lógica é o reduzido consumo de corrente (baixa potência), a alta imunidade a ruídos e a taxas de alimentação de 3 V, 15 V e 18 V dependendo do modelo;
Simulador de Circuitos Digitais
Site: http://www.tourdigital.net/inicio/?q=node/15
Exercícios
Simule uma porta lógica AND TTL 7408. Veja seu datasheet a seguir.
Solução Exercício 1
Solução...
Exercícios
Simule uma porta lógica AND TTL 7421. Veja seu datasheet a seguir.
Exercícios
Simule uma porta lógica OR 7421. Veja seu datasheet a seguir.
Exercícios
A
B
D
C