circuitos integrados digitales

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documento interesantes para repaso de tareas

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  • Ing. Wilmer Naranjo 1

    CIRCUITO INTEGRADOS DIGITALES

  • Ing. Wilmer Naranjo 2

    CARACTERISTICAS BSICAS DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES

    Son una coleccin de resistores, diodos y transistores fabricados sobre una pieza de material semiconductor (generalmente silicio) denominado sustrato y que comnmente recibe el nombre de circuito integrado (CI).

    El CI se encuentra dentro de un encapsulado plstico o de cermica con terminales que permiten conectarlo con otro dispositivo.

  • Ing. Wilmer Naranjo 3

    ENCAPSULADOS DE LOS CI

    stos difieren en la cantidad de circuitera que contiene el sustrato de silicio.

    El nmero de conexiones externas que se hacen con el sustrato.

    Las condiciones del medio ambiente.

    El mtodo empleado para montar el encapsulado sobre el sustrato del circuito.

  • Ing. Wilmer Naranjo 4

    TIPOS DE ENCAPSULADO

    Los tipos de encapsulado ms comunes son:

    Encapsulado de doble lnea (DIP, siglas de dual-in-line-package)

    Encapsulado plano de cermica. Encapsulado para montaje de

    superficie.

  • Ing. Wilmer Naranjo 5

    Encapsulado de doble lnea (DIP) Formado por dos hileras de terminales. Las terminales estn numeradas en sentido opuesto

    al avance de las manecillas del reloj cuando se ven por arriba, en relacin con una muesca o punto que se encuentra en uno de los extremos del encapsulado y que sirve como identificacin.

    Se emplean encapsulados con 16, 20, 24, 28, 40 y 64 terminales.

    Algunos DIP tienen muescas en ambos extremos. En stos casos la ubicacin de la terminal nmero 1

    est sealada por un pequeo punto.

  • Ing. Wilmer Naranjo 6

    DIBUJO DE UN DIP

    ENCAPSULADO DIP

  • Ing. Wilmer Naranjo 7

    ENCAPSULADO PLANO DE CERMICA

    Esta hecho de una base no conductora. Inmune a los efectos de la humedad. Aplicaciones de tipo militar. Condiciones ambientales extremas.

    ENCAPSULADO PARA MONTAJE DE SUPERFICIE

    Sus terminales estn dobladas en un ngulo recto. Ms pequeos que los DIP. Las terminales son ms pequeas y menos

    rgidas.

  • Ing. Wilmer Naranjo 8

    CLASIFICACIN DE ACUERDO CON LA COMPLEJIDAD

    Se estima por el nmero de compuertas lgicas equivalentes sobre el sustrato.

    En la actualidad existen 6 niveles estndar de complejidad.

  • Ing. Wilmer Naranjo 9

    CLASIFICACIN DE ACUERDO CON LA COMPLEJIDAD

    Mayor a 10000000

    100000 a 1000000

    10000 a 100000

    1000 a 10000

    100 a 1000

    10 a 100

    # DE TRANSISTORES

    10000 a 100000Integracin en ultra escala (ULSI)

    Mayor a 1000000Integracin en giga gran escala (GLSI)

    1000 a 10000Integracin en muy alta escala (VLSI)

    100 a 1000Integracin en gran escala (LSI)

    10 a 100Integracin en mediana escala (MSI)

    1 a 10Integracin en pequea escala (SSI)

    N DECOMPUERTAS

    COMPLEJIDAD

  • Ing. Wilmer Naranjo 10

    Clasificacin de acuerdo con el tipo principal de componentes electrnicos utilizados en su circuitera.

    Se clasifica en:

    Circuitos Integrados Bipolares Circuitos Integrados Unipolares

  • Ing. Wilmer Naranjo 11

    Circuitos Integrados Bipolares Son aquellos que estn fabricados con transistores bipolares

    de unin (NPN y PNP) como su principal componente de circuito. Ej:

    La familia lgica TTL y ECL

    Circuitos Integrados Unipolares Son los que emplean transistores unipolares de efecto de

    campo (MOSFET de canal N P) como elemento principal. Ej:

    la familia lgica PMOS, NMOS y CMOS.

  • Ing. Wilmer Naranjo 12

    PARMETROS DE VOLTAJE VIH(min),Voltaje de entrada de nivel alto: Nivel de voltaje que se

    requiere para un 1 lgico en una entrada. Cualquier voltaje debajo de ste nivel no ser aceptado como ALTO por el circuito lgico.

    VIL(max),Voltaje de entrada de nivel bajo: Nivel de voltaje que se requiere para un 0 lgico en una entrada. Cualquier voltaje sobre ste nivel no ser aceptado como BAJO por el circuito lgico.

    VOH(min),Voltaje de salida de nivel alto: Nivel de voltaje en la salida de un circuito lgico en el estado 1 lgico. Por lo general se especifica el valor mnimo de VOH.

    VOL(max),Voltaje de salida de nivel bajo: Nivel de voltaje en la salida de un circuito lgico en el estado 0 lgico. Por lo general se especifica el valor mximo de VOL.

  • Ing. Wilmer Naranjo 13

    PARMETROS DE VOLTAJE

  • Ing. Wilmer Naranjo 14

    PARMETROS DE CORRIENTE IIH, Corriente de entrada de nivel alto: Corriente que fluye en una

    entrada cuando se aplica un voltaje de nivel alto especfico a dicha entrada.

    IIL, Corriente de entrada de nivel bajo: Corriente que fluye en una entrada cuando se aplica un voltaje de nivel bajo especfico a dicha entrada.

    IOH, Corriente de salida de nivel alto: Corriente que fluye desde una salida en el estado 1 lgico en condiciones de carga especficas.

    IOL, Corriente de salida de nivel bajo: Corriente que fluye a partir de una salida en el estado 0 lgico en condiciones de carga especficas.

  • Ing. Wilmer Naranjo 15

    Inmunidad al ruido

    La inmunidad al ruido de un circuito lgico se refiere a la capacidad de circuito para tolerar voltajes ruidosos en sus entradas.

    A una medida cuantitativa de inmunidad, al ruido se le denomina margen de ruido.

  • Ing. Wilmer Naranjo 16

    MARGEN DE RUIDO

    1

    lgico 1

    lgico

    0

    lgico0

    lgico

    Intervalo

    No permitido

    Intervalo

    Indeterminado

    VIH(min)

    VIL(max)

    VOH (min)

    VOL (max)

    V

    o

    l

    t

    a

    j

    e

    Intervalos de

    voltaje de salida

    Requerimientos de

    voltaje de entrada

  • Ing. Wilmer Naranjo 17

    Margen de Ruido de Estado Alto VNH

    VNH = VOH (min) VIH (min)

    Margen de Ruido de Estado Bajo VNL

    VNL = VIL (mx) VOL(max)

  • Ing. Wilmer Naranjo 18

    Ejemplo:

    VNH = VOH (min) VIH (min)= 2.4V 2.0V= 0.4V

    VNL = VIL (mx) VOL(max)= 0.8V 0.4V= 0.4V

  • Ing. Wilmer Naranjo 19

    REQUERIMIENTOS DE POTENCIA Todos los CI requieren de cierta cantidad de

    potencia elctrica para poder funcionar. Esta potencia es suministrada por uno o ms fuentes voltajes de conectados a las terminales de polarizacin del CI.

    La cantidad de potencia que necesita un circuito integrado se especifica por lo general en trminos de la corriente Icc, que consume de la fuente de alimentacin Vcc, y la potencia real es el producto de Icc x Vcc.

    En trminos generales ICCH e ICCL sern valores diferentes.

  • Ing. Wilmer Naranjo 20

    La corriente promedio es:

    ICC (prom) = (ICCH + ICCL)/2

    sta corriente se puede emplear para calcular el consumo promedio de potencia:

    PD (prom) = ICC(prom) x VCC

  • Ing. Wilmer Naranjo 21

    RETARDOS EN LA PROPAGACIN

    Una seal lgica siempre experimenta un retardo al recorrer un circuito.

    Los dos tiempos de retardo de propagacin se definen como: TPLH y TPHL.

    TPLH: Tiempo de retardo al pasar del estado lgico 0 al 1 lgico (de BAJO a ALTO)

    TPHL: Tiempo de retardo al pasar del estado lgico 1 al 0 lgico (de ALTO a BAJO)

  • Ing. Wilmer Naranjo 22

    FACTOR DE CARGA DE SALIDA(Fan - out)

    Se define como el nmero mximo de entradas lgicas estndar que una salida puede manejar confiablemente.

    Para esto es necesario conocer la capacidad de corriente de la salida, esto es, IOL(max) e IOH(max) junto con los requerimientos de corriente de cada entrada, esto es, IIL e IIH.

    Entonces tenemos: Factor de carga de salida (BAJO) = IOL(max) / IIL(max)Factor de carga de salida (ALTO) = IOH(max) / IIH(max)

  • Ing. Wilmer Naranjo 23

    Ejemplo Fan OUT:Fan Out = 20mA / 2mA

    m = 10

    Fan In = 10mA / 1,5mAn = 6

  • Ing. Wilmer Naranjo 24

    Circuitos Integrados RTL RTL son las iniciales de las palabras inglesas Resistor,

    Transistor, Logic. Es decir es una familia cuyas puertas se construyen con resistencias y transistores (bipolares). El esquema bsico de una puerta NOR es el siguiente:

    Suponiendo que las dos entradas en nivel alto (H-H), sea de 3v. Tanto Q1 como Q2 estn saturados. Por qu?, pues porque tienen sus uniones BE bien polarizadas (la base ms positiva que el emisor) y se les suministra suficiente intensidad de base:

  • Ing. Wilmer Naranjo 25

    Circuitos Integrados RTL

    A B C

    Vcc

    Compuerta NOR de 3 entradas

  • Ing. Wilmer Naranjo 26

    Circuitos Integrados DTL Las siglas DTL vienen de las iniciales de las palabras inglesas

    Diode Transistor Logic. Es decir estamos tratando con una familia compuesta bsicamente por diodos y transistores (sin olvidar a las resistencias). Los diodos se encargan de realizar la parte lgica y el transistor acta como amplificador inversor.

    El esquema bsico de una puerta AND con diodos:

  • Ing. Wilmer Naranjo 27

    LA FAMILIA LGICA TTL La familia lgica transistor-transistor (TTL)

    El circuito lgico TTL bsico es la compuerta NAND.

    CARACTERSTICAS DE LA SERIE TTL ESTNDAR

    En 1964 Texas Instruments Corporation introdujo la primera lnea de CI estndar TTL.

    En la actualidad muchos fabricantes producen CI TTL.

    Todos ellos utilizan el mismo sistema de numeracin.

  • Ing. Wilmer Naranjo 28

    SERIE 74 Los CI de la serie 74 estndar ofrecen una combinacin de

    velocidades y disipacin de potencia adecuada a muchas aplicaciones.

    Serie 74L, TTL de bajo consumo de potencia Tiene valores mayores de resistencia. Reduce los requerimientos de potencia, de retardos ms l

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