Introducción a la Introducción a la Electrónica

Circuitos Digitales

122/10/2009 Introducción a la Electrónica

Familias lógicasFamilias lógicas

2Introducción a la Electrónica

22/10/2009

TecnologíasTecnologías

Los circuitos lógicos son fabricados utilizando gdiferentes tecnologias.

Cada familia lógica tiene ventajas y desventajas asociadas.

Su elección depende del tipo de aplicación• Inmunidad al ruido

• velocidad

• costo

• flexibilidad

• d t t d ió• rango de temperatura de operación

• disipación de potencia

3Introducción a la Electrónica22/10/2009

TecnologíasTecnologíasLas tecnologías mas difundidas son:• CMOS

• Altos niveles de integración• elevada impedancia de entradap• reducido tamaño• reducido consumo

• Bipolar (TTL)Bipolar (TTL)• elevada velocidad de operación• consumo elevado

• BICMOS• BICMOS• Combina elevada velocidad de la tecnología bipolar con la

baja disipación de potencia de CMOS.

• G A• GaAs• Elevada velocidad

4Introducción a la Electrónica22/10/2009

Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos

Margen de ruido Un circuito lógico debe gser capaz de rechazar el ruido

5Introducción a la Electrónica22/10/2009

Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos

Retardo de propagaciónp p g

6Introducción a la Electrónica22/10/2009

Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos

Disipación de potencia

• Disipación estatica: es la potencia que disipa la compuerta cuando se encuentra en un estado lógicológico.

• Disipación dinámica: es la potencia disipada en la operación de cambio de estado (switch)

Tensión de alimentación

Ej: CMOS

frecuencia de llaveoCapacidad de carga

7Introducción a la Electrónica

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Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos

Producto retardo-potencia:

• un dispositivo ideal presenta una elevada velocidad de operacion con un reducido consumo de potencia.

• En general estos dos parámetros son de signo contrario• En general estos dos parámetros son de signo contrario. Es decir, si se desea bajo consumo, se debe sacrificar velocidad de operacion.

• El producto retardo-consumo de potencia es una figura de merito para comparar las diferentes tecnologías de circuitos logicosg

8Introducción a la Electrónica22/10/2009

Parámetros de los circuitos lógicosParámetros de los circuitos lógicos

Area de silicio: si una compuerta logica requiere una p g qreducida area de silicio para su implemetación permite fabricar un gran número de compuertas por i it i t dcircuito integrado.

Fan-IN: número de entradas por compuerta.

Fan-OUT: número de compuertas similares que d t d lid i difipueden ser conectadas a su salida sin modificar sus

especificaciones

9Introducción a la Electrónica22/10/2009

INVERSOR CMOSINVERSOR CMOS

Vi=0 Vo=Voh=VDD

Operación estática

Vi=VDD Vo=VoL=0

10Introducción a la Electrónica22/10/2009

Caso de vi=VDDCaso de vi VDD

11Introducción a la Electrónica22/10/2009

Caso de Vi = 0Caso de Vi 0

12Introducción a la Electrónica22/10/2009

INVERSOR CMOSINVERSOR CMOSTensión umbral

13Introducción a la Electrónica22/10/2009

INVERSOR CMOSINVERSOR CMOS

Operación dinámica

C es la capacitancia equivalente que reemplaza el efecto de todos los capacitores

14Introducción a la Electrónica

p q q p p

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Corriente y disipaciónCorriente y disipación

15Introducción a la Electrónica22/10/2009

Circuitos CMOSCircuitos CMOS

16Introducción a la Electrónica

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Ejemplos de redes PULL – DOWNEjemplos de redes PULL DOWN

17Introducción a la Electrónica22/10/2009

Ejemplos de redes PULL-UPEjemplos de redes PULL UP

18Introducción a la Electrónica22/10/2009

19Introducción a la Electrónica22/10/2009

COMPUERTAS CMOSCOMPUERTAS CMOS

20Introducción a la Electrónica22/10/2009

Efectos del fan-in y fan-outEfectos del fan in y fan out

Cada entrada adicional requiere de dos transistoresq• Esto incrementa el área de chip y la capacidad

efectiva por compuerta por lo que el retardo de ió i tpropagación se incrementa.

=> aumentar el fan-in incrementa el retardo de propagación El límite es 4propagación. El límite es 4.

• Diseñar circuitos con gran fan-out significa prepararlos para cargar grandes capacitancias y por lo tanto p g g p y ptambién se incrementa el retardo de propagación.

21Introducción a la Electrónica22/10/2009

Circuitos con lógica de pasoCircuitos con lógica de paso

Y=ABC Y=A(B+C)

22Introducción a la Electrónica22/10/2009

Uso de compuertas CMOS como llavesUso de compuertas CMOS como llaves

23Introducción a la Electrónica22/10/2009

Ejemplo con lógica de pasoEjemplo con lógica de paso

0

0

1

1

0

24Introducción a la Electrónica22/10/2009

Circuitos lógicos dinámicosCircuitos lógicos dinámicos

Deben ser refrescados periódicamenteDeben ser refrescados periódicamente

Almacenan información en las capacitanciasAlmacenan información en las capacitancias parásitas

Necesitan de una entrada de “reloj”

25Introducción a la Electrónica22/10/2009

CMOS dinámicoCMOS dinámico

26Introducción a la Electrónica22/10/2009

Cascada de compuertas dinámicasCascada de compuertas dinámicasEl problema de poner compuertas en cascada es que su operación puede ser erróneaque su operación puede ser errónea

27Introducción a la Electrónica22/10/2009

Latches y Flip-flopsLatches y Flip flops

Corresponden a circuitos lógicos SECUENCIALES.p g

Requieren de una señal de sincronización (reloj) para operar.

Las compuertas ya vistas son circuitos yCOMBINACIONALES

28Introducción a la Electrónica22/10/2009

LatchLatch

29Introducción a la Electrónica22/10/2009

FLIP-FLOP SRFLIP FLOP SR

30Introducción a la Electrónica22/10/2009

FLIP-FLOP DFLIP FLOP D

31Introducción a la Electrónica22/10/2009

ProteccionesProtecciones

Protección de las entradas de una compuerta lógica ante sobrevoltajes(+Vd por sobre la fuente o –Vd debajo de tierra

32Introducción a la Electrónica

(+Vd por sobre la fuente o Vd debajo de tierra

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Ring OscilatorRing Oscilator

33Introducción a la Electrónica22/10/2009

MemoriasMemorias

34Introducción a la Electrónica22/10/2009

Static RAMStatic RAM

35Introducción a la Electrónica

Flip-flop SR, direccionado por W y cargado con el dato B

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LecturaLectura

36Introducción a la Electrónica22/10/2009

EscrituraEscritura

37Introducción a la Electrónica22/10/2009

Dynamic RAMDynamic RAM

38Introducción a la Electrónica22/10/2009

Lectura de la RAM dinámicaLectura de la RAM dinámica

1) Se activa la precarga y1) Se activa la precarga y ecualización

2) Se conecta la celda a B y B_: sus tensiones cambian un poco por latensiones cambian un poco por la transferencia de carga de la celda a la línea

3) Se enciende el amplificador ) p(flipflop SR) que lleva los niveles de B a valores lógicos

39Introducción a la Electrónica22/10/2009

El inversor con BJTEl inversor con BJT

40Introducción a la Electrónica22/10/2009

Familia lógica TTLFamilia lógica TTL

La familia se caracteriza por hacer trabajar los transistores en corte y saturación

41Introducción a la Electrónica22/10/2009

42Introducción a la Electrónica22/10/2009

Compuerta TTL completaCompuerta TTL completa

43Introducción a la Electrónica22/10/2009

Entrada en nivel altoEntrada en nivel alto

44Introducción a la Electrónica22/10/2009

Entrada en nivel bajoEntrada en nivel bajo

45Introducción a la Electrónica22/10/2009

Compuerta NANDCompuerta NAND

46Introducción a la Electrónica22/10/2009

Schottky TTLSchottky TTL

El objetivo es que el transistor no se sature para que tarde menos en conmutar de estado

47Introducción a la Electrónica22/10/2009

48Introducción a la Electrónica22/10/2009

LS TTLLS TTL

49Introducción a la Electrónica22/10/2009

BiCMOSBiCMOS

50Introducción a la Electrónica 22/10/2009