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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ – UNESA 
 
 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
DISCIPLINA: CIRCUITOS DIGITAIS 
CAPÍTULO 3 – CIRCUITOS INTEGRADOS 
 
 
 
 
 
 
Prof.: Ricardo Toscano e Leonardo Domingues 
Edição: 2019.1 
 
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Sumário 
1 História dos CI’s Lógicos .......................................................................................................3 
2 Características Básicas de CI’s Digitais ..................................................................................3 
2.1 Representação das variáveis ......................................................................................12 
2.2 Terminologia de CI’s Digitais ......................................................................................13 
2.2.1 Parâmetros de tensão e corrente .......................................................................13 
2.2.2 Fan-out ...............................................................................................................14 
2.2.3 Atrasos de propagação: ......................................................................................15 
2.2.4 Requisitos de Potência .......................................................................................15 
2.2.5 Imunidade ao Ruído............................................................................................15 
2.3 Evolução da Tecnologia ..............................................................................................16 
2.4 Técnicas de Fabricação ...............................................................................................16 
 
 
 
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1 História dos CI’s Lógicos 
CIs (Circuitos Integrados) digitais são uma coleção de resistores, diodo e transistores 
fabricados em um único pedaço de material semicondutor (geralmente silício), denominado de 
substrato, comumente conhecido como chip. Com o desenvolvimento da tecnologia desses 
circuitos integrados, houve um crescimento muito rápido da Eletrônica Digital e, com isso, a 
possiblidade da criação de projetos de sistemas digitais. Surgiram uma série de circuitos 
integrados que operam conforme as funções lógicas digitais mais usadas e são compatíveis 
entre si. Estas séries de circuitos integrados formaram então as Famílias Lógicas, a partir das 
quais os projetistas tiveram facilidade em encontrar todos os blocos para montar seus 
sistemas digitais. 
O circuito integrado pode ser considerado como sendo inventado por Jack Kilby da Texas 
Instruments e Robert Noyce da Fairchild Semiconductor, que trabalharam independentemente 
um dou outro na ocasião. Kilby registrou suas ideias iniciais sobre o circuito integrado em julho 
de 1958 e demonstrou com sucesso o primeiro circuito integrado em função em 12 de 
setembro de 1958. Em seu pedido de patente de 6 de fevereiro de 1959, Kilby descreveu o seu 
novo dispositivo como “A body of semiconductor material ... wherein all the components of the 
electronic circuit are completely integrated”. 
 
2 Características Básicas de CI’s Digitais 
O chip é confinado em um encapsulamento protetor plástico ou cerâmico, a partir do qual 
saem pinos para conexão do CI com outros dispositivos. Um dos tipos de encapsulamentos 
mais comuns é o dual-in-line package (DIP), ilustrado na figura abaixo, assim denominado 
porque contém duas linhas de pinos em 
 
 
 
 
 
 
Os pinos são numerados no sentido anti-horário, quando o encapsulamento é visto de cima, a 
partir, da marca de identificação (chanfro ou ponto) situada numa das extremidades do 
encapsulamento. Nesse caso o DIP mostrado é de 14 pinos e mede 19,05 mm por 6,35 mm, 
encapsulamentos 16, 20, 24, 28, 40 e 64 pinos também são usados. 
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A figura abaixo ilustra mostra que o chip de silício é, na verdade, muito menor que seu DIP, 
tipicamente, ele pode ser tão pequeno quanto um quadrado de 1,27 mm de lado. O chip de 
silício é conectado aos pinos do DIP por meio de fios muito finos. 
 
Outros tipos de encapsulamentos 
 
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CIs digitais são muitas vezes classificados de acordo com a complexidade de seus circuitos, que 
é medida pelo número de portas lógicas equivalentes no seu substrato. Existem, atualmente, 
seis níveis de complexidade que são normalmente definidos, conforme tabela abaixo. 
 
2.1 Família TTL. 
A família TTL (Lógica Transistor-Transistor) tem sido a principal família de CIs digitais bipolares 
nos últimos 30 anos. A série “74” padrão foi a primeira série de CIs TTL. Ela não é mais usada 
em novos projetos, tendo sido substituída por várias séries TTL de alto desempenho, mas a 
configuração básica do seu circuito é a base de todas as séries de CIs TTL. 
Os transistores bipolares utilizados na TTL possuem vários emissores, são os chamados de 
Multiemissores. Essa inovação tecnológica diminui o número de transistores necessários para 
se fazer uma determinada porta lógica. 
 
Pode-se encontrar os circuitos TTL em duas séries comerciais. A primeira é de uso padrão e 
começa com o número 74xxx, onde o x pode ser uma soma de letras e números. A outra série 
é de uso militar e inicia com os número 54xxx, esta série pode trabalhar em uma ampla faixa 
de temperaturas. 
A série 54xxx pode trabalhar em uma faixa de temperatura que vai de -55°C a 125°C. Já a série 
74xxx trabalha em uma faixa de temperatura mais estreita, 0°C até 70°C 
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A família TTL consiste, na verdade, em várias subfamílias ou séries. A tabela abaixo relaciona o 
nome de cada uma das séries com o prefixo usado para identificar os diferentes CIs que fazem 
parte dessas séries. 
 
Obs.: TTL Schottky : Um transistor Schottky é uma combinação de um transistor e um diodo 
Schottky que evita que o transistor sature, desviando a corrente de entrada excessiva. É 
também chamado de transistor Schottky-clamped 
CIs que fazem parte da série TTL padrão tem um número de identificação que inicia com 74. O 
7402, o 7438 e o 74123 são CIs pertencentes a essa série. Da mesma forma, CIs que pertencem 
a série TTL Schottky de baixa potência (low-power Schottky) tem um número de identificação 
começando por 74LS. O 74LS02, o 74LS38 e o 74LS123 são exemplos de dispositivos da série 
74LS. 
As principais diferenças entre as séries TTL têm a ver com suas características elétricas como: 
dissipação de potência e velocidade de chaveamento (comutação). Elas não diferem na 
disposição dos pinos ou na operação lógica realizada pelos circuitos internos. Por exemplo, o 
7404, o 74S04, o 74LS04, o 74AS04 e o 74ALS04 são todos Cis com seis Inversores cada um. 
As figuras a seguir ilustram alguns circuitos integrados da família TTL: 
 
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Para usar-se CIs digitais, é necessário que se façam as conexões apropriadas aos pinos do CI. As 
conexões mais importantes são as de alimentação cc (corrente contínua) e terra. Essas 
conexões são necessárias para que o circuito no chip opere corretamente. A figura abaixo 
ilustra um CI Inversor TTL com o pino de alimentação denominado VCC. 
Inv
 
Figura: Inversor TTL 
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2.2 Família CMOS. 
A fabricação de CIs MOS apresenta um terço de complexidade de fabricação dos CIs bipolares. 
Os dispositivos MOS também ocupam menor espaço no chip que transistores bipolares. Os CIs 
MOS podem acomodar um número maior de elementos de circuito em um único chip que CIs 
bipolares. 
Essa vantagem é evidenciada pelo fato de que os CIs MOS tem dominado os CIs bipolares na 
área de integração em larga escala (LSI, VLSI). A alta densidade de encapsulamentos os torna 
especialmente adequados para CIs complexos tais como chips de microprocessadores e 
memórias. 
A principaldesvantagem dos dispositivos MOS é o risco de serem danificados por eletricidade 
estática. Embora isso possa ser minimizado por procedimentos adequados de manuseio, os 
dispositivos TTL ainda são muito mais duráveis em experimentos de laboratório. 
Com relação à família CMOS (complementar metal-óxido-semicondutor), várias séries 
disponíveis estão citadas abaixo. 
Com relação à família CMOS (complementar metal-óxido-semicondutor), várias séries 
disponíveis estão citadas abaixo. 
Séries CMOS - Prefixos 
4000 
74C 
74HC 
74HCT 
74AC 
74ACT 
 
A série 4000 é a mais antiga. Ela possui muitas das funções lógicas da família TTL, mas não foi 
projetada para ser compatível pino a pino com os dispositivos TTL. Por exemplo, o CI NOR 4001 
contem 4 portas NOR de duas entradas, assim como o CI TTL 7402, mas as entradas e saídas 
das portas do chip CMOS não tem a mesma pinagem que os sinais correspondentes do chip 
TTL. 
As séries 74C, 74HC, 74HCT, 74AC e 74ACT são mais recentes das famílias CMOS. As três 
primeiras são compatíveis pino a pino com os dispositivos TTL de mesma numeração. Por 
exemplo, o 74C02, o 74HC02 e o 74HCT02 possuem a mesma pinagem que o 7402, o 74Ls02 e 
assim por diante. As séries 74HC e 74HCT operam a velocidade mais alta que os dispositivos da 
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74C. A série 74HCT foi projetada para ser eletricamente compatível com os dispositivos TTL, ou 
seja, um circuito integrado 74HCT pode ser diretamente conectado a dispositivos TTL sem que 
seja necessário nenhum circuito de interface. As séries 74AC e 74ACT são CIs de altíssimo 
desempenho. Nenhum deles é compatível pino a pino com TTL. Os dispositivos 74 ACT são 
eletricamente compatíveis com TTL. 
A tabela abaixo ilustra alguns códigos dos circuitos integrados da família CMOS e sua operação 
lógica: 
 
 
No que diz respeito a alimentação cc (corrente contínua) e terra do CI CMOS, segue um 
exemplo do Inversor CMOS com o pino de alimentação denominado VDD. 
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Figura Inversor CMOS 
2.3 Representação das variáveis 
Para dispositivos TTL, VCC é +5 V (nominal). Para dispositivos CMOS, VDD pode estar situado na 
faixa de +3 a +18 V, embora +5 V seja a tensão bem usada, principalmente quando dispositivos 
CMOS são usados em um mesmo circuito, em conjunto com dispositivos TLL. 
Para os dispositivos TTL padrão, as faixas de tensão de entrada aceitáveis para os níveis lógicos 
0 e 1 são definidas como ilustrado na figura. 
 
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Um nível lógico 0 corresponde a qualquer tensão na faixa de 0 a 0,8 V. Um nível lógico 1 
corresponde a qualquer tensão na faixa de 2 a 5 V. As tensões fora dessas faixas são 
denominadas indeterminadas e não devem ser usadas com entrada de qualquer dispositivo 
TTL. Os fabricantes de CIs não garantem como um circuito TTL responderá a níveis de tensão 
de entrada que estejam na faixa indeterminada (entre 0,8 e 2,0 V). 
As faixas de tensão de entrada para que os circuitos integrados CMOS operem VDD = +5 V são 
ilustradas na figura abaixo, onde tensões entre 0 e 1,5 V são definidas como nível lógico 0 e 
tensões na faixa de 3,5 a 5 V, como nível lógico 1. A faixa indeterminada inclui tensões entre 
1,5 e 3.,5 V 
 
Quando uma entrada num CI digital é desconectada, normalmente, recebe a denominação de 
entrada flutuante. Uma entrada flutuante num circuito TTL funciona exatamente como se 
estivesse um nível lógico 1. Em outras palavras, O CI responde como se na entrada tivesse siso 
aplicado um nível lógico alto. Essa característica é frequentemente usada quando se testa 
circuitos TTL. Entretanto, vale lembrar, que uma entrada flutuante é extremamente suscetível 
a sinais de ruídos que provavelmente afetarão de forma adversa o funcionamento do circuito. 
Se uma entrada de um circuito CMOS for deixada flutuante, o resultado pode não ser 
satisfatório. O CI pode superaquecer e possivelmente se danificar. Por essa razão, todas as 
entradas de um circuito CMOS devem ser conectadas a um nível lógico (Baixo ou Alto), ou a 
saída de um outro CI. 
2.4 Terminologia de CI’s Digitais 
Embora existam muitos fabricantes de CIs, a maior parte da nomenclatura e da terminologia é 
razoavelmente padronizada. Os termos mais úteis são ilustrados a seguir: 
2.4.1 Parâmetros de tensão e corrente 
 VIH (mín) – tensão de entrada em nível alto (high-level input voltage): o nível de tensão 
mínimo requerido para o nível lógico 1 em uma entrada. Qualquer tensão abaixo desse 
nível não será aceita como nível Alto pelo circuito lógico. 
 VIL (máx) – tensão de entrada em nível baixo (low-level input voltage): o nível máximo 
de tensão requerido para o nível lógico 0 em uma entrada. Qualquer tensão acima 
desse nível não será aceita como nível Baixo pelo circuito lógico. 
 VOH (mín) – tensão de saída em nível alto (high-level output voltage): o nível de tensão 
mínimo na saída de um circuito lógico, no estado 1, sob determinadas condições de 
carga. 
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 VOL (máx) – tensão de saída em nível baixo (low-level output voltage): o nível de tensão 
máximo na saída de um circuito lógico, no estado 0, sob determinadas condições de 
carga. 
 IIH – corrente de entrada em nível alto (high-level input current): a corrente que flui 
para uma entrada quando uma tensão de nível alto especificada é aplicada na entrada. 
 IIL – corrente de entrada em nível baixo (low-level input current): a corrente que flui 
para uma entrada quando uma tensão de nível baixo especificada é aplicada na 
entrada. 
 IOH – corrente de saída em nível alto (high-level output current): a corrente que flui de 
uma saída, no estado lógico 1, sob determinadas condições de carga. 
 IOL – corrente de saída em nível baixo (low-level output current): a corrente que flui de 
uma saída, no estado lógico 0, sob determinadas condições de carga. 
 
2.4.2 Fan-out 
 
Geralmente, a saída de um circuito lógico precisa acionar várias entradas lógicas. As vezes, 
todos os CIs em um sistema digital pertencem a uma mesma família lógica, porém muitos 
sistemas fazem uso de diversas famílias lógicas. O termo fan-out (também conhecido como 
fator de acionamento de carga) é definido como o número máximo de entradas lógicas que 
uma saída pode acionar com segurança. Por exemplo, uma porta lógica que está especificada 
como tendo um fan-out de 10 pode acionar 10 entradas lógicas. Se esse número for excedido, 
a tensão de nível lógico de saída não pode ser mais garantido. Obviamente, o fan-out depende 
da natureza das entradas dos dispositivos que são conectados a uma saída. A menos que uma 
família lógica diferente seja especificada como dispositivo de carga, o fan-out relativo a 
dispositivos de carga são da mesma família do dispositivo acionador 
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2.4.3 Atrasos de propagação: 
Um sinal lógico sempre sofre um atraso ao atravessar um circuito. Os dois tempos de atrasos 
de propagação são definidos a seguir: 
 tPLH – Tempo de atraso do estado lógico 0 para o estado lógico 1 (Baixo para Alto, ou 
de Low para High). 
 tPHL – Tempo de atraso do estado lógico 1 para o estado lógico 0 (Alto para Baixo, ou 
de High para Low). 
A figura a seguir ilustra esses atrasos de propagação para um Inversor: 
 
2.4.4 Requisitos de Potência 
Todo CI necessita de uma certa quantidade de potência elétrica para operar. Essa potência é 
fornecida por uma ou mais tensões da fonte de alimentação conectadas aos pinos de 
alimentação do CI. Normalmente, existe apena um terminal de alimentação do CI, e ele é 
identificado como VCC (para TTL) ou como VDD (para dispositivos CMOS). 
A quantidade de potência de que um CI necessita é determinada pela corrente ICC, que ele 
consome da fonte de alimentação VCC, e a potência real éo produto VCC x ICC. 
2.4.5 Imunidade ao Ruído 
Campos elétricos e magnéticos podem induzir tensões nos fios de conexão entre os circuitos 
lógicos. Esses sinais espúrios indesejáveis são chamados de ruído e podem, ocasionalmente, 
fazer com que a tensão na entrada de um circuito lógico se altere, o que produziria uma 
operação imprevisível. A imunidade ao ruído de um circuito lógico se refere à capacidade do 
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circuito de tolerar ruídos sem provocar alterações espúrias na tensão de saída. Uma medida 
quantitativa da imunidade ao ruído é denominada de margem de ruído. 
2.5 Evolução da Tecnologia 
Os primeiros circuitos integrados foram os denominados (SSI) cuja integração é de pequena 
escala. Surgiram por volta de 1964 e tinham de 1 a 10 transistores, com 1 a 12 portas lógicas. 
Os circuitos SSI foram cruciais para os primeiros projetos aeroespaciais. 
 
Após, o desenvolvimento relevante dos circuitos integrados realizou-se em 1968, (MSI) 
integração de médio porte. Nele, existem de 10 a 500 transistores e de 13 a 99 portas lógicas. 
Em função da necessidade do desenvolvimento econômico, houve a integração em larga 
escala (LSI) em 1971. Tinham de 500 a 20.000 transistores e de 100 a 9.999 portas lógicas. 
Na década de 1980, surgiu a integração em larga escala (VLSI). Tinham de 20.000 a 1.000.000 
de transistores e de 10.000 a 99.999 portas lógicas. 
Dando sequência ao crescimento da complexidade surgiu o termo ULSI, que significa 
integração de grande escala. Chips com mais de 1.000.000 transistores e mais de 100.000 
portas lógicas. Na GSI, temos a integração em grande escala, com mais de 1 milhão de 
componentes por Chip, proporcionando Circuitos Integrados de máxima complexidade. 
2.6 Técnicas de Fabricação 
Dentro da indústria eletrônica, a óxido de cobre, germânio e silício foram materiais bastante 
analisados entre os anos de 1940 a 1960. 
O silício trata-se de um material bastante abundante na natureza, normalmente na natureza 
na forma de areia, que pode ser refinado através de técnicas simples de purificação. Nele, 
estão presentes algumas propriedades físicas que são bem adequadas para fabricação de 
dispositivos eletroeletrônicos ativos, no qual apresentam características elétricas satisfatórias. 
O processo de fabricação de um CI é complexo, sendo desenvolvido em algumas etapas. 
Inicialmente, ocorre a preparação de uma lâmina de silício. Para isso, é utilizado o silício com 
alto grau de pureza, depois de preparado como um cristal, fica com uma a forma de tarugo 
com de 5 a 15 cm de raio. Após, esse tarugo é separado em lâminas circulares com espessura 
em torno de 400 a 600 µm. 
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Cada superfície da lâmina recebe um polimento até ficar com o acabamento de um espelho. 
Com um processo denominado de fotolitografia são marcadas diferentes áreas do substrato a 
serem dopadas ou ter pistas de isoladores de metais depositados sobre eles. 
Existem, num circuito integrado, muitas camadas sobrepostas, que foram geradas por 
fotolitografia, apresentando tipicamente cores diferentes. Algumas dessas camadas o local 
onde vários dopantes são difundidos no substrato. Algumas outras definem onde os íons 
adicionais são implantados, existindo ainda, outras que definem os condutores e conexões 
entre as camadas condutoras. Todos os componentes são construídos a partir de uma 
combinação específica dessas camadas. 
Os circuitos são separados, através de cortes, gerando as pastilhas. Os circuitos em perfeito 
estado são montados em suportes para serem encapsulados. Nesta etapa, tipicamente, são 
utilizados fios finos de ouro para realizar a interconexão entre os suportes do encapsulamento 
e os pontos de contato do circuito acabado. Por fim, o suporte é encapsulado através da 
utilização de um material plástico, epóxi sob vácuo ou em uma atmosfera inerte.