Escola Politécnica - USP

Transcrição

1 Escola Politécnica - USP Equipe:- Turma: PSI 2327 Laboratório de Eletrônica III Exp 1: Circuitos Integrados CMOS - - Profs: - - Data de Realização do Experimento: Nota: Bancada: 2005

2 1. Objetivos Este experimento tem como principal objetivo o levantamento experimental das principais características estáticas e dinâmicas de circuitos integrados CMOS. 2. Preparação (a ser realizada ANTES da aula experimental) 2.1 Anexe ao relatório cópia das especificações técnicas dos CIs 4069 (inversor lógico) e 4016 (porta de transmissão), realçando as informações utilizadas para o relatório [Anexo A]. 3. Procedimento Experimental e Análise dos Resultados 3.1 Levantamento da Característica de Transferência (V S x V E ) do CI Utilizando a placa Inversor CMOS 4069 monte o circuito da figura 1 e preencha a tabela 1 com V DD = 5 V, e a tabela 2 com V DD = 3V. Fig. 1: Levantamento da Característica de Transferência do CI 4069 V E (V) V S (V) I DD (µa) 0,00 V E (V) V S (V) I DD (µa) 0,00 5,00 Tabela 1: V S e I DD por V S para V DD = 5V 3,00 Tabela 2: V S e I DD por V S para V DD = 3V Experiência Circuitos Integrados CMOS 1

3 3.1.2 Com os dados coletados no item 3.1.1, construa os gráficos V S x V E e I DD x V E em um mesmo sistema de coordenadas (dica: utilize o programa Plote ajustando adequadamente o fator multiplicador para ajustar as escalas desejadas): para V DD de 5V [Anexo B]; para V DD de 3V [Anexo C] Através dos gráficos do item 3.1.2, determine (deixando indicado sobre os gráficos) as imunidades a ruído e a tensão de transição do inversor para VDD de 5V e para VDD de 3V. IR 0 (V) IR 1 (V) V transição (V) V DD = 5V V DD = 3V Porque não é recomendável que se injete na entrada do inversor sinais com tempo de subida ou descida muito grandes? Experiência Circuitos Integrados CMOS 2

4 3.2 Levantamento da Característica de Saída (VS ID) do CI Utilizando a placa Inversor CMOS 4069 monte o circuito da figura 2 e preencha a tabela 3, e em seguida, monte o circuito da figura 3 e preencha a tabela 4. Fig. 2: Inversor com VE = VDD P ( Ω ) V S ( V ) I S (µa) Tabela 3: V S e I S por R L onde a expressão de Is usada é dada por: Fig. 3: Inversor com VE = 0 P ( Ω ) V S ( V ) I S (µa) Tabela 4: VS e IS por RL onde a expressão de Is usada é dada por: I S = I S = Experiência Circuitos Integrados CMOS 3

5 3.2.2 A partir dos dados das tabelas 3 e 4, construa em um único sistema de coordenadas os respectivos gráficos IS x VS [Anexo D] Através dos gráficos do item 3.2.2, estime (deixando indicado sobre os gráficos) os valores de RP e RN, dos dois transistores na região de triodo. RP RN Experiência Circuitos Integrados CMOS 4

6 3.3 Levantamento das Características de Transição do CI Utilizando a placa Inversor CMOS 4069 monte o circuito da figura 4. Ajustando VDD = 5 V e v G para uma onda quadradada de 0 a 5V com 100KHz, preencha a tabela 5. Fig. 4: Determinação dos tempos de Subida e Descida do CI 4069 CTOTAL (pf) t S (ns) t q (ns) t as (ns) t aq (ns) t aq (ns) t a = (t S + t q )/4 (ns) onde CTOTAL é dado por: Tabela 5: t S, t q e tempos de atraso em função de CTOTAL Altere VDD para 3V e v G para uma onda quadradada de 0 a 3V e CTOTAL para 50pF, e meça os tempos de subida e queda do sinal prechendo a tabela 6. t s (ns) t q (ns) Tabela Em relação aos itens e 3.3.2, os dados obtidos estão coerentes com as especificações do fabricante? Justifique (Que dados encontrou no manual do fabricante? Compare-os com os obtidos experimentalmente) Através dos dados do item 3.3.1, trace os gráficos de ts e tq e tam em função de C num mesmo sistema de coordenadas [Anexo E]. Experiência Circuitos Integrados CMOS 5

7 3.3.5 A partir dos dados coletados e dos gráficos traçados, estime os valores médios de β N e β P, indicando como determinou estes valores. β N β P Experiência Circuitos Integrados CMOS 6

8 3.4 Características estáticas do CI 4016 (Porta de Transmissão) Utilizando a placa Porta de Transmissão CMOS 4016 monte o circuito da figura 5 e preencha a tabela 7 com V DD = 5V. Fig. 5: Levantamento das Características CC do CI 4016 V E ( V ) V S ( V ) R PORTA ( Ω ) Erro de Transmissão (%) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Tabela 7: V S e R PORTA por V E onde a expressão de RPORTA utilizada é dada por: RPORTA = Através dos dados do item 3.4.1, trace os gráficos V S X V E e R PORTA X V E em um mesmo sistema de coordenadas [Anexo F]. Experiência Circuitos Integrados CMOS 7

9 3.4.3 Os resultados obtidos estão coerentes com os dados do fabricante? Justifique (Que informações encontrou no manual do fabricante? Compare-os com os obtidos experimentalmente) Definindo-se erro de transmissão como (Ve - Vs)/Ve, calcule qual deve ser o mínimo valor da resistência de carga para obtermos um erro de transmissão máximo de 0,5% através do gráfico do item Experiência Circuitos Integrados CMOS 8

10 4. Conclusões [Este item destina-se a responder as seguintes questões, dentre outras que a equipe proponha: Quais as principais características estáticas e dinâmicas de CI s CMOS observadas? Estão de acordo com o descrito em teoria? Os resultados estão de acordo com as especificações dos fabricantes? Justifique eventuais diferenças. Na eventualidade de não se ter conseguido realizar todos os itens propostos, deve-se relatar os problemas enfrentados e ações realizadas para contornar os mesmos. Vocês tem críticas e sugestões em relação ao roteiro proposto?] Experiência Circuitos Integrados CMOS 9