Elettronica Digitale 1 Famiglie Bipolari
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Elettronica Digitale Interamente compilato in LATEXda Francesco Cerioli - www.ceccocom.it Versione 0.1 - Aggiornata al 19 maggio 2007 1 Famiglie Bipolari RTL - Resistor Transistor Logic • Quando l’uscita é a ”0” non c’é Iout l’uscita é forte! • L’uscita a ”1” é piú debole, varia a seconda dei carichi. Se piloto tanti carichi c’é alta corrente quindi una caduta di tensione e Vout si abbassa • La Tfall veloce e Trise lento • Integrazione complicata per la presenza delle resistenze DCTL - Direct Coupled Transistor Logic Senza Rb, purtroppo c’é uno sbilanciamento di correnti che porta ad uno sbilanciamento di consumi. DTL - Diode Transistor Logic Introduce il concetto di ”carico attivo”, resistenza variabile a seconda dello stato. In questa famiglia entrambi i livelli sono forti. HTL - High Treshold Logic L’immunitá al rumore é la capacitá di rigenerare un livello logico ”bello” ricevendone uno ”brutto”. Gli HTL alzano Vcc e usano diodi Zener per essere meno sensibili al rumore. TTL - Transistor Transistor Logic Grazie a due transistor in ”totem pole” (cioé che conducono alternativamente) risolvono il problema di scarica della base • HTTL: Resistenze piú piccole, maggiori prestazioni ma maggiori consumi • LTTL: Resistenze piú grosse, minori prestazioni ma minori consumi • STTL: Molto veloce ma il consumo non é indifferente • LSTTL: Buon compromesso tra prestazioni e consumi 1 • FTTL: Buone prestazioni e bassi consumi • ASTTL e ALSTTL: scarso successo perché subito soppiantate dai CMOS ECL - Emitter Coupled Logic Ottime prestazioni e capacitá di lavorare al alte frequenze (microonde), ma altá sensibilità al rumore IIL - Integrated Iniection Logic Tentativo di realizzazione VLSI in bipolare. Soppiantata in partenza dai CMOS. 2 CMOS • Piú lenti dei bipolari ma ottima integrazione • Simmetrici tra massa e Vcc, buona immunitá al rumore • Senza resistenze perché il MOS ha giá un comportamento ohmico • Elevata tolleranza per la Vcc • Consumo di potenza SOLO in commutazione Problemi principali: • Sensibilitá a scariche ESD - si usano dispostivi esterni che evitino o limitino il fenomeno • Latch-up - in alcune configurazioni, quando i MOS sono molto vicini, si creano transistor ”parassiti” che si innescano in maniera imprevista: si effettua quindi un drogaggio che abbassi la soglia di innesco Famiglie CMOS: • 4000/4000B: Battono i TTL, consumi ridotti e buone prestazioni. Ampio range di Vcc e elevata affidabilitá • 74C: pin-to-pin compatibili con i TTL (scarso successo) • 74HC: Molto competitiva rispetto alla TTL • 74HCT: Possono essere direttamente interfacciati ai TTL • 74AC: Strafaiga, rinuncia alla compatibilitá TTL ma ha elevati tempi di commutazione e dissipazione uguale ai CMOS (inoltre risolve il problema del latch-up) 2 • 74ACT: TTL-compatibili, consumi diversi in base alla frequenza FCMOS: é una logica di progetto che rispetta la complementarietá degli CMOS. Funzione come una logica ad interruttori: AND in serie e OR in parallelo. Switch: cella di memoria di base. In alcuni casi (es. nel multiplexer) puó semplificare e ridurre il numero di porte logiche necessarie per l’implementazione. Famiglie logiche piú recenti • AC, ACT, FCT, sensibili a disturbi e diafonia • ACQ, ACTQ, FCT-T, controllo slew-rate; sensibili ai livelli TTL • LVQ, LVC, ottimizzati per tensione a 3.3 V NB: Uno slew-rate troppo elevato porta un elevato contenuto armonico, con conseguenti disturbi. NB: i livelli TTL sono preferiti perché hanno meno diafonia, meno dissipazione e meno disturbi sulla massa. BiCMOS: Stadio di ingresso e funzionale in CMOS e stadio d’uscita in TTL (ottimo pilotaggio). 3 Parametri caratteristici • Alimentazione e dissipazione di potenza • Caratteristiche statiche (livelli) • Caratteristiche dinamiche (tempi) • Caratteristiche operative (temperatura, umiditá) • Altre caratteristiche (package, affidabilitá) 3
