Famiglie logiche

Materie:Appunti
Categoria:Elettronica

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Testo

• FAMIGLIE LOGICHE
GRADO DI INTEGRAZIONE:IL NUMERO DI PORTE LOGICHE EQUIVALENTI PER CHIP.
COMPONENTI INTEGRATI DIGITALI(DIGITAL IC):SSI(SMALL SCALE OF INTEGRATION)CON GRADO DI INTEGRAZIONE PARI A UN NUMERO MASSIMO DI 12 PORTE LOGICHE EQUIVALENTI PER CHIP,MSI(MEDIUM…)MAX 100 PORTE,LSI(LARGE…)MAX 1000 PORTE,VLSI(VERY LARGE…)MAX 10000 PORTE,ULSI(ULTRA LARGE…)OLTRE 10000 PORTE.TECNOLOGIA BIPOLARE:USA COME ELEMENTO DI BASE IL TRANSISTORE BJT,I DISPOSITIVI SONO PIU’ VELOCI E POSSONO EROGARE CORRENTI MAGGIORI IN USCITA.TECNOLOGIA UNIPOLARE:USA IL TRANSISTORE A EFFETTO DI CAMPO FET,I DISPOSITIVI NECESSITANO DI POTENZE DI ALIMENTAZIONE MINORI E REALIZZANO LIVELLI DI INTEGRAZIONE MOLTO MAGGIORI.TECNOLOGIA IBRIDA:UTILIZZA DISPOSITIVI UNIPOLARI PER LA SEZIONE DI INGRESSO E BIPOLARI PER LA SEZIONE D’USCITA.FAMIGLIA LOGICA:L’INSIEME DEI DISPOSITIVI REALIZZATI CON LA MEDESIMA TECNOLOGIA.

• DISPOSITIVI REALIZZATI CON TECNOLOGIA BIPOLARE
TTL(TRANSISTORTRANSISTOR LOGIC):IL CIRCUITO CON CUI E’ REALIZZATA LA PORTA LOGICA HA COME INGRESSO UN TRANSISTOR E COME USCITA UN TRANSISTOR.LA NECESSITA’ DI INTEGRARE UN ELEVATO NUMERO DI COMPONENTI PER UNA SINGOLA PORTA ELEMENTARE FA SI’ CHE LA DENSITA’ DI INTEGRAZIONE SIA MODESTA,QUESTI DISPOSITIVI SONO UTILIZZATI SOPRATTUTTO NELLA REALIZZAZIONE DI SSI E MSI.ECL(EMITTER COUPLED LOGIC):L’ACCOPPIAMENTO A EMITTORE E’ REALIZZATO NELLO STADIO D’INGRESSO DELLA PORTA LOGICA.IL MODELLO CIRCUITALE CHE NE RISULTA HA CARATTERISTICHE SPECIFICHE DI VELOCITA’ DI RISPOSTA,SONO UTILIZZATI QUANDO SI DEBBANO REALIZZARE ELEVATI VALORI DI VELOCITA’.IIL(INTEGRATED INJECTION LOGIC):LOGICA A INIEZIONE INTEGRATA,UTILIOZZATA PER OTTENERE MINORI CONSUMI ENERGETICI E MAGGIORI LIVELLI DI INTEGRAZIONE E REALIZZARE INTEGRATI LSI.

• DISPOSITIVI REALIZZATI CON TECNOLOGIE UNIPOLARI
I PIU’ UTILIZZATI SONO QUELLI CHE UTILIZZANO IL TRANSISTOR FET,NELLE TRE TIPOLOGIE:NMOS CHE UTILIZZA DISPOSITIVI MOSFET A CANALE N CHE CONSENTE IL MAGGIORE LIVELLO DI INTEGRAZIONE,PMOS CHE UTILIZZA DISPOSITIVI MOSFET A CANALE P,CMOS(COMPLEMENTARY MOS)CHE UTILIZZA MOSFET COMPLEMENTARI A CANALE N E A CANALE P.

• PARAMETRI CHE CARATTERIZZANO IL FUNZIONAMENTO DI UN DISPOSITIVO INTEGRATO
TENSIONE DI ALIMENTAZIONE
E’ LA TENSIONE CHE DEVE ESSERE FORNITA ALL’APPOSITO PIEDINO DI ALIMENTAZIONE DEL DISPOSITIVO INTEGRATO PERCHE’ ESSO FUNZIONI CORRETTAMENTE;DAL VALORE DELLA TENSIONE DI ALIMENTAZIONE DIPENDONO LE PRESTAZIONI DEL DISPOSITIVO.TTL:LA TENSIONE DI ALIMENTAZIONE E’ DI 5 V E PUO’ PRESENTARE UNA VARIAZIONE MOLTO RIDOTTA RISPETTO AL VALORE NOMINALE DI 5 V,E’ CONSENTITA UNA TOLLERANZA MASSIMA DEL +5%.CMOS;IL VALORE DELL’ALIMENTAZIONE PUO’ VARIARE TRA I 3 V E I 18 V,VALORI ELEVATI DI ALIMENTAZIONE CONSENTONO VELOCITA’ MAGGIORI.
LIVELLI DI TENSIONE DEI SEGNALI BINARI
UN SEGNALE BINARIO E’ UN SEGNALE CHE PRESENTA DUE SOLI LIVELLI:ALTO(HIGH) E BASSO(LOW).I SEGNALI BINARI POSSONO ESSERE PRESENTI IN INGRESSO O IN USCITA A UN DISPOSITIVO:LIVELLI DI TENSIONE DEI SEGNALI BINARI D’INGRESSO,L’INTERVALLO COSTITUITO DAI VALORI DI TENSIONE CHE UN DISPOSITIVO INTEGRATO RICONOSCE CON CERTEZZA COME LIVELLO LOGICO ALTO O BASSO; LIVELLI DI TENSIONE DEI SEGNALI BINARI DI USCITA,L’INTERVALLO COSTITUITO DAI VALORI DI TENSIONE CHE UN DISPOSITIVO INTEGRATO FORNISCE IN USCITA COME LIVELLO LOGICO ALTO O BASSO.ZONA DI TRANSIZIONE:IN TALE FASCIA IL LIVELLO D’INGRESSO NON VIENE RICONSCIUTO CORRETTAMENTE DALLA PORTA.
TTL
LIVELLO BASSO
LIVELLO ALTO
LIVELLI NON AMMESSI
INGRESSO
0 V ÷ 0.8 V
2.4 V ÷ 5 V
0.8 V ÷ 2.4 V
USCITA
0 V ÷ 0.1 V
2.7 V ÷ 5 V
CMOS
LIVELLO BASSO
LIVELLO ALTO
LIVELLI NON AMMESSI
INGRESSO
0 V ÷ 1.5 V
3.1 V ÷ 5 V
1.5 V ÷ 3.1 V
USCITA
0 V ÷ 0.05 V
4.4 V ÷ 5 V

LIVELLI DI CORRENTE
LA CORRENTE RICHIAMATA DA UN CARICO DIPENDE DALLA PROPRIETA’ RESISTIVA CHE IL CARICO PRESENTA.IL VALORE DELLA CORRENTE HA UN VALORE MASSIMO CHE NON PUO’ ESSERE SUPERATO E CHE DIPENDE DALLE CARATTERISTICHE DEL DISPOSITIVO CHE HA GENERATO LA TENSIONE.QUANDO INDICHIAMO UN VALORE DI TENSIONE CHE VIENE MANTENUTO COSTANTE DA UN DISPOSITIVO,DOBBIAMO ANCHE INDICARE IL VALORE MASSIMO DELLA CORRENTE CHE TALE DISPOSITIVO PUO’ EROGARE,NEL CASO IN CUI IL POTENZIALE CHE IMPONE SIA PIU’ ALTO DI QUELLO PRESENTE SUL CARICO,O CHE PUO’ ASSORBIRE,NEL CASO IN CUI IL POTENZIALE CHE IMPONE SIA MINORE RISPETTO A QUELLO PRESENTE SUL CARICO.LA CORRENTE EROGATA VIENE INDICATA COME CORRENTE DI SOURCE,LA CORRENTE ASSORBITA VIENE INDICATA COME CORRENTE DI SINK.TTL:CARATTERISTICHE DEI DISPOSITIVI LS;INDICHEREMO LE CORRENTI DI SINK COME POSITIVE E LE CORRENTI DI SOURCE COME NEGATIVE.CORRENTI IN INGRESSO:PER UN LIVELLO BASSO DI TENSIONE IL VALORE MINIMO DELLA CORRENTE E’ IINLOW=-0.4Ma,PER UN LIVELLO DI TENSIONE ALTO IL VALORE MINIMO DELLA CORRENTE VALE IINHIGH=20µA.CORRENTI IN USCITA:PER IL LIVELLO LOGICO ALTO IL VALORE MASSIMO DELLA CORRENTE E’ IOUTHIGH=-400µA,PER UN LIVELLO LOGICO BASSO LA CORRENTE HA VALORE MASSIMO PARI A IOUTLOW=8Ma.NELLA LOGICA NEGATIVA,SI FA CORRISPONDERE AL LIVELLO LOGICO VERO IL LIVELLO DI TENSIONE LOW,MENTRE AL LIVELLO LOGICO FALSO IL LIVELLO DI TENSIONE HIGH.IL FAN-OUT E’ IL NUMERO MASSIMO DI PORTE DELLA STESSA FAMIGLIA CHE POSSONO ESSERE CORRETTAMENTE PILOTATE DAL DISPOSITIVO.RAPPORTO TRA CORRENTE MAX IN USCITA E CORRENTE MINIMA IN INGRESSO PER IL LIVELLO LOGICO ALTO:NH=400/20=20.RAPPORTO TRA CORRENTE MAX IN USCITA E CORRENTE MINIMA IN INGRESSO PER IL LIVELLO LOGICO BASSO:NL=8/0.4=20.IL FAN-OUT E’ IL PIU’ PICCOLO DI TALI NUMERI,QUINDI E’ PARI A 20:QUESTO SIGNIFICA CHE IL LIVELLO DI CORRENTE E’ TALE CHE UNA PORTA TTL PUO’ PILOTARE CORRETTAMENTE FINO A UN MAX DI 20 PORTE.CMOS:IN INGRESSO TALI DISPOSITIVI NON ASSORBANO E NON EROGANO CORRENTE,SE NON UNA PICCOLISSIMA CORRENTE DI PERDITA. IN USCITA I VALORI MASSIMI DELLA CORRENTE DI SOURCE E DELLA CORRENTE DI SINK SONO UGUALI E VALGONO 0.4mA PER I DISPOSITIVI STANDAR,4mA PER I DISPOSITIVI HC E HCT E 24mA PER I DISPOSITIVI AC E ACT.IL FAN-OUT DI TALI COMPONENTI E’ DECISAMENTE MAGGIORE RISPETTO A QUELLO DELLA FAMIGLIA TTL.NEL CASO IN CUI IL DISPOSITIVO PILOTATO NON E’ DELLA STESSA FAMIGLIA,IL PARAMETRO DI RIFERIMENTO E’ IL VALORE MASSIMO DELLA CORRENTE IN USCITA.I DISPOSITIVI CMOS STANDAR HANNO CORRENTE MASSIMA DI USCITA MOLTO MODESTA E POSSIBILITA’ DI PILOTAGGIO MOLTO RIDOTTE.
IMMUNITA’ AL RUMORE
IL MARGINE DI RUMORE E’ IL VALORE MASSIMO DI TENSIONE CHE PUO’ ESSERE AGGIUNTO O SOTTRATTO AL LIVELLO TENSIONE IN INGRESSO,SENZA DETERMINARE UNA MODIFICA DEL LIVELLO LOGICO DEL SEGNALE STESSO.IL MARGINE DI RUMORE E’ IL MINORE TRA:-IL VALORE OTTENUTO COME DIFFERENZEDEL VALORE MINIMO DI USCITA E DEL VALORE MINIMO D’INGRESSO PER IL LIVELLO LOGICO ALTO,-IL VALORE OTTENUTO COME DIFFERENZA DEL VALORE MASSIMO DI USCITA E DEL VALORE MASSIMO D’INGRESSO PER IL LIVELLO LOGICO BASSO.TTL:IL MARGINE DI RUMORE PER I DISPOSITIVI LS VALE 0.3 V.CMOS:IL MARGINE DI RUMORE PER I CMOS VALE 1.4 V PER LA SERIE STANDAR,1.25 V PER I DISPOSITIVI HC E AC,0.7 V PER I DISPOSITIVI HCT E ACT.L’IMMUNITA’ AL RUMORE MIGLIORA SE AUMENTIAMO IL VALORE DELL’ALIMENTAZIONE.
DISSIPAZIONE DI POTENZA
IL PRODOTTO DELLA TENSIONE DI ALIMENATZIONE E DELLA CORRENTE RICHIAMATA E’ LA POTENZA IMPEGNATA DAL DISPOSITIVO.QUESTA E’ TRASFORMATA IN CALORE,MA DEVE ESSERE SMALTITA VERSO L’AMBIENTE ESTERNO(POTENZA DISSIPATA).TTL:PER LA FAMIGLIA LS LA POTENZA DISSIPATA VALE 2 mW/PORTA.CMOS:IL DISPOSITIVO DISSIPA POTENZA NEL PASSARE DA UN LIVELLO ALL’ALTRO.PER TALE MOTIVO LA POTENZA DISSIPATA DIPENDE DAL NUMERO DI VOLTE CHE IN UN SECONDO L’USCITA PASSA DA UN LIVELLO LOGICO ALL’ALTRO(FREQUENZA DI COMMUTAZIONE).PER F=100 kHz LA POTENZA E’ 0.1 mW/PORTA.
RITARDO DI PROPAGAZIONE E FATTORE DI QUALITA’
E’ IL TEMPO NECESSARIO PERCHE’ UN SEGNALE LOGICO APPLICATO ALL’INGRESSO DETERMINI IL LIVELLO LOGICO CORRISPONDENTE IN USCITA.TTL:PER I DISPOSITIVI LS IL RITARDO VALE 10 NS,PER I DISPOSITIVI AS VALE 2,5 NS.CMOS:I DISPOSITIVI STANDARPRESENTANO UN RITARDO DI PROPAGAZIONE TIPICO DI 100 NS. I DISPOSITIVI HC E HCT CIRCA 8 NS,GLI AC E ACT 1.5 NS.IL PRODOTTO DEL RITARDO E DELLA POTENZA DISSIPATA E’ DETTO FATTORE DI QUALITA’ PER LA TTL LS VALE 20,PER LA CMOS A 100 kHz VALE 100.

Esempio