Appunti Famiglie Logiche TTL

ud
i
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
na
ITS EINAUDI
T.
D
S
Ei
Elettronica e Telecomunicazioni
un
ti
Porte Logiche
A
pp
IT
Tecnologia e Disegno per la Progettazione Elettronica
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ud
i
PORTE LOGICHE - i parametri dei fogli tecnici
Vcc - tolleranza %
Vin - VIH – VIL
TA
T.
D
Iout – I OH – IOL
.P
.
Condizioni Operative Consigliate
(tf, tr)in
Caratteristiche Elettriche (Statiche)
VIH, VIL
VOH, VOL
un
ti
IT
S
Ei
na
Valori Massimi Assoluti
Vcc max, Vin max, T max
IIH, IIL
IOSC
A
pp
ICC
Caratteristiche in Commutazione (Dinamiche)
(tf, tr)out - T pHL, TpLH
Cin, Cpd
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
2
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
Approssimazione sui transistor usati nei circuiti
digitali
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
3
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
+5V
130Ω(650)
.P
.
na
ud
i
Porta NOT TTL totem-pole
4KΩ(20Κ)
IT
S
S
0.2 - 1V
S
4.6V
T.
D
Ei
1.6KΩ(8Κ)
4V
I
un
ti
I= “0”(0 - 0.8V)
U = “1” (3.4V)
I
A
pp
1KΩ(5Κ)
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
4
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
S
S
0.6V
un
ti
IT
I= “1” (5V)
1.2V
.P
.
130Ω(650)
I
T.
D
0.8V
4KΩ(20Κ)
I
+5V
1.6KΩ(8Κ)
Ei
na
ud
i
Porta NOT TTL totem-pole
U= “0” (0.2V)
S
A
pp
1KΩ(5Κ)
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
5
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
+5V
1.6KΩ(8Κ)
Ei
T.
D
U=AB
I
pp
1KΩ(5Κ)
A
I2=B
I
un
ti
IT
S
S
130Ω(650)
S
4KΩ(20Κ)
I1=A
.P
.
na
ud
i
Porta NAND TTL totem-pole
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
6
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
Ei
1.6KΩ(8Κ)
U= A se E = “1”
U= Z se E = ”0”
un
ti
IT
I
pp
1KΩ(5Κ)
A
Enable
I
T.
D
S
S
130Ω(650)
I
4KΩ(20Κ)
I1=A
+5V
.P
.
na
ud
i
Porta NOT TTL totem-pole
con uscita Three state
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
7
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - logiche “tri-state”
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
8
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
9
ud
i
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
na
+5V
T.
D
Il rapporto I OL/IIL
definisce il “fan –out”
ovvero il massimo
numero di porte
pilotabili
un
ti
Out = “0”
IT
TTL
output
S
Ei
+5V
TTL-Input
A
pp
IOL,IIL
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
10
ud
i
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
na
+5V
Ei
+5V
T.
D
TTL-Input
A
pp
Out = “1”
Anche il rapporto
IOH/IIH è coerente con
il fan-out
un
ti
IT
TTL
output
S
IOH,IIH
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
11
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
i
Logiche WIRED AND
+5V
Out = “0”
IT
S
TTL
output Out = “1”
TTL
output
Per il
WIRED-AND
si usano porte
open collector
A
pp
un
ti
IOL
WIRED AND
T.
D
Ei
IOH
La corrente
entrante
può
rovinare il
transistor
.P
.
na
ud
+5V
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
12
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
+5V
Ei
1.6KΩ(8Κ)
Resistenza
di
pull-up (2K)
un
ti
IT
S
T.
D
4KΩ(20Κ)
5V
.P
.
na
ud
i
Porta NOT TTL open collector
A
pp
1KΩ(5Κ)
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
13
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
Vin
Vcc
S
tpd
.P
.
Vout
Vcc
t
tf
molteplici anomalie:
un
ti
IT
t
T.
D
na
Vout
Ei
Vin
ud
i
PORTE LOGICHE - le anomalie
- livelli logici NON ideali
A
pp
- ritardo di commutazione
- segnali trapezoidali
- derive termiche, ecc
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
14
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE - i livelli logici
2,0 V
0,8 V
2,4 V
LS-TTL
2,0 V
0,8 V
2,7 V
A
B
0,4 V
0,5 V
5V
5V
.P
.
TTL
VOL
i
VOH
ud
VIL
na
famiglia VIH
Transfer caratheristic
Ei
1
1
2
3
4
pp
Input voltage (V)
5
out A
2,0V
0,8V
0
in B
un
ti
2
00
incertezza
T.
D
3
2,4V
0,4V
0
S
4
IT
Output voltage (V)
5
conditions
VOH
Vcc=4.5V, 70°C, Io= -0.4mA, Vin=0.8V
VOL
Vcc=4.5V, 70°C, Io=16mA, Vin=2V
A
param.
min
typ
2.4
3.3
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
0.22
max
units
V
0.4
V
15
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
16
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE
i
- la tensione d’uscita è funzione della corrente
.P
.
5V
S
4
3
un
ti
IT
T.
D
Ei
na
ud
Vo = Vcc - R·Io - VCE(SAT) - 0.7
2
A
pp
1
0
0
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
5
10
15
20 mA
17
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
S
units
40
100
-1.6
Vcc
µA
Kohm
mA
Vcc
IIH
un
ti
IIL
max
Gnd
Vcc
pp
RIN
circuito equivalente d’ingresso
A
IIH
min
IT
param
T.
D
Ei
.P
.
na
ud
schema interno
di una porta TTL
(Nand a 2 ingressi)
i
PORTE LOGICHE - le correnti d’ingresso
IIL
4K
InA
Vout
InB
Gnd
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
18
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE
ud
i
- le correnti d’uscita
mA
IOL
25
mA
IOSC
-55
mA
.P
.
T.
D
-13
100
un
ti
units
circuito
combin.
e trasl.
VOL
pp
max
IOH
min
Vcc
A
param
IT
S
Ei
na
circuito
combinatore
e traslatore
schema interno
di una porta TTL
(Nand a 2 ingressi)
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
RL
Out
IOL
19
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE
- le correnti d’uscita
ud
i
schema interno
di una porta TTL
(Nand a 2 ingressi)
mA
IOL
25
mA
IOSC
-55
mA
.P
.
T.
D
-13
100
un
ti
units
circuito
combin.
e trasl. VOH
pp
max
IOH
min
Vcc
A
param
IT
S
Ei
na
circuito
combinatore
e traslatore
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
IOH
Out
RL
20
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE - il tempo di propagazione
Vin
t
è il ritardo con cui l’uscita della logica commuta
rispetto all’istante in cui commuta l’ingresso
S
t
units
tpLH
8
12
nsec
tpHL
12
18
nsec
max
OUT
B
VA
un
ti
typ
IT
param.
A
T.
D
Ei
Vout
.P
.
na
tpHL
ud
i
tpd = Propagation Delay Time
(tempo di propagazione)
VB
tpd
A
pp
Vout
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
21
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
V1
PORTE LOGICHE
ud
i
- i tempi di salita e discesa
.P
.
un
ti
A
pp
IT
t
T.
D
Ei
t
tf
S
tr
t
V2
na
Vout
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
22
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
- i tempi : definizioni
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
23
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
na
Ei
tpHL e tpLH
T.
D
un
ti
tempo di ritardo di propagazione dal livello basso al livello alto. E’ misurato come
l’intervallo di tempo tra il 50% di V IHM e il 50 % di V OHM
sono, in genere, diversi tra loro e il costruttore fornisce il loro valor
pp
tpLH
tempo di ritardo di propagazione dal livello alto al livello basso. E’ misurato come
l’intervallo di tempo tra il 50% di V IHM e il 50 % di V OHM
t
medio definito come tempo di ritardo di propagazione p
A
tpHL
tempo di salita del segnale di uscita. E’ il tempo necessario affinché l’uscita passi
dal 10% al 90 % del valore massimo VOH
S
tr
tempo di discesa del segnale di uscita misurato tra il 90% e il 10 % della tensione
di uscita massima VOH
IT
tf
ud
i
PORTE LOGICHE
- i tempi : definizioni
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
24
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
100
IIL
IT
S
IOL
IIL
1
2
5
10
15
-1.6mA
-3.2mA
-8mA
-16mA
-24mA
Out
4K
2K
0.8K
0.4K
0.27K
T.
D
Ei
na
4K
n° porte RIN
.P
.
Vcc
ud
Vcc
i
PORTE LOGICHE - il fan-out
Gnd
A
pp
un
ti
Il FAN-OUT rappresenta il massimo numero di porte logiche
pilotabili da un’uscita, ed è equivalente al rapporto fra
la massima corrente d’uscita e la massima corrente d’ingresso
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
25
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - le derive termiche
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
26
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ud
FET
i
Porte CMOS
+ + + +
- - - - - - - - -G- - - p-+-+ -+ -+ - - n
S
G
Canale n
pp
Il canale n con un “1” il transistor si
comporta come un interruttore chiuso,
mentre con uno “0” , come un interruttore
aperto.
In modo simmetrico funziona il canale P
A
G
D
D
un
ti
IT
CMOS a enancement
S
.P
.
D
D
T.
D
Ei
G
S
S
na
S
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
CMOS a depletion
G
S
Canale p
D
27
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ud
i
Porte CMOS
.P
.
na
G
D
Ei
Canale p
G= “0”
Canale n
D
G= “0”
pp
S
G = “1”
A
G
un
ti
IT
S
S
T.
D
G = “1”
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
28
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ud
i
NOT CMOS
+VDD
T.
D
“0”
“0”
“1”
A
pp
un
ti
S
.P
.
na
Ei
“1”
X
IT
X
+VDD
+VDD
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
29
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
30
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
NAND e NOR CMOS
i
T.
D
.P
.
na
Ei
S
un
ti
X+Y
NOR
pp
NAND
X
Y
A
Y
XY
IT
X
+VDD
ud
+VDD
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
31
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - logiche BiCmos
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
32
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE - varie famiglie
- 4000
CMOS classiche
High-Speed Cmos
pin-compatibile TTL
T.
D
- 74HC00
-74HCT00
High-Speed Cmos
pin-compatibile TTL
level-compatible TTL
-74ACT00
Advanced CMOS
pp
A
7400 TTL
LOGICHE CMOS
un
ti
S
Ei
TTL
Schottky -TTL
Fast – TTL
Low-Power S -TTL
Advanced S -TTL
Advanced LS -TTL
IT
- 7400
- 74S00
- 74F00
- 74LS00
- 74AS00
- 74ALS00
na
LOGICHE TTL (bipolari)
.P
.
ud
i
LOGICHE STANDARD
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
4011 Cmos
33
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE - un confronto
74HCT
unità
Vcc nominale
5±10%
5±5%
3...15
2…6
V
Vcc massima
8
5.5
20
7
V
10
8
10-3
10-2
10
10
50
10
10
5
60
8
nsec
freq. massima
20
40
5
30
MHz
VIH (minima)
2
2
VDD –30% 2
V
VIL (massima)
0.8
0.8
30% VDD 0.8
V
VOH (minima)
2.4
VOL (massima)
0.4
IIH massima
0.1
IIL massima
--
un
ti
T.
D
ud
na
mW
VDD
4.9
V
0.5
0.05
0.1
V
0.1
10-6
10-4
mA
-1.6
-0.4
-10-6
-10-4
mA
-55
-100
-2
-40
mA
A
IOSC massima
4000
2.7
pp
IT
S
tpd typ
Ei
Pd/gate typFan Out
74LS
.P
.
74xx
i
parametro
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
34
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE - l’evoluzione
ud
i
1960: logiche RTL (Resistor-Transistor Logic)
1965: logiche DTL (Diode-Transistor Logic)
Ei
1972: logiche HLL (High-Level Logic)
.P
.
na
1970: logiche TTL (Transistor-Transistor Logic)
T.
D
1975: logiche CMOS (Complementary Metal-Oxyde Semiconductor)
S
1980: logiche Schottky (S-TTL, AS, LS, FAST)
IT
1990: logiche HCmos (High-Speed Cmos Logic)
pp
velocità (tpd)
tempi di salita/discesa (tf, tr)
dissipazione (Pd/gate)
fan-out
tensione di alimentazione
integrabilità
A
Parametri-chiave:
un
ti
1995: logiche BiCmos (Bipolar & Cmos Logic)
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
35
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - i livelli logici
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
36
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - Interfacciamenti
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
37
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE - Interfacciamenti
S
TTL che pilota CMOS
.P
.
un
ti
A
Vcc - VOLM
Rc ≥ --------------IOL
pp
IT
diversaalimentazione
alimentazione
con uguale
T.
D
Uscita del dispositivo pilotante al livello basso :
VOLM < VILM
IOLM > IILM
Ei
b)
na
ud
i
Interfacciamento garantito se:
a)
Uscita del dispositivo pilotante al livello alto :
VOHMIN > VIHMIN IOHM > IIHM
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
38
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
PORTE LOGICHE - Interfacciamenti
Problematiche non sui livelli di tensione ma
sulle correnti a livello basso
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
CMOS che pilota TTL
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
39
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
40
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
41
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
Stato attuale delle famiglie logiche nel ciclo di vita
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
42
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - tensione di alimentazione
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
43
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - specializzazione
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
44
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - esigenze applicative
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
45
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - corrente d’uscita/velocità
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
46
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - Schottky-TTL
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
47
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
.P
.
T.
D
un
ti
A
pp
IT
S
Ei
na
ud
i
PORTE LOGICHE - Schottky - TTL - Cmos
ITS Einaudi Appunti T.D.P.
48