Circuitos de Portas Lógicas

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1 Circuitos de Portas Lógicas -Há diversas famílias diferentes de portas da lógica. Cada família tem suas potencialidades e limitações, suas vantagens e desvantagens. A seguinte lista descreve as famílias da lógica principal e suas características. Você pode seguir as ligações para ver a construção do circuito das portas de cada família. Lógica Do Diodo (Dl) -As portas lógicas do diodo usam diodos executar E e OU funções da lógica. Os diodos têm a propriedade facilmente de passar uma corrente elétrica em um sentido, mas não a outra. Assim, os diodos podem agir como um interruptor lógico. As portas lógicas do diodo são muito simples e baratas, e podem ser usadas eficazmente em situações específicas. Entretanto, não podem ser usados extensivamente, porque tendem a degradar rapidamente sinais digitais. Além, não podem executar NÃO uma função, assim que sua utilidade é completamente limitada. Lógica Do Resistor-Transistor (RTL) -As portas da lógica do Resistor-transistor usam transistor combinar os sinais de entrada múltiplos, que também amplificam e invertem o sinal combinado resultante. Um transistor adicional é incluído freqüentemente re-inverte o sinal de saída. Esta combinação fornece sinais de saída limpos e inversor ou não-inversor como necessitado. As portas de RTL são quase tão simples quanto as portas do DL, e remanescem baratas. São também acessíveis porque os sinais normais e invertidos estão freqüentemente disponíveis. Entretanto, extraem uma quantidade significativa de corrente da fonte de alimentação para cada porta. Uma outra limitação é que as portas de RTL não podem comutar nas velocidades elevadas usadas por computadores de hoje, embora sejam ainda úteis em umas aplicações mais lentas. Embora não sejam projetados para a operação linear, os circuitos integrados de RTL são usados às vezes como amplificadores de pequeno sinal baratos, ou como dispositivos da relação entre circuitos lineares e digitais. Lógica Do Diodo-Transistor (DTL) -Deixando diodos executar o lógico E ou OU a função e então amplificando o resultado com um transistor, nós podemos evitar algumas das limitações de tomadas de RTL. DTL a lógica do diodo que bloqueia e adiciona um transistor à saída, a fim fornecer o inversor da lógica e restaurar o sinal aos níveis cheios da lógica. Lógica Do Transistor-Transistor (Ttl) -A construção física de circuitos integrados fez mais eficaz substituir todos os diodos da entrada em uma porta de DTL com um transistor, construído com emissores múltiplos. O resultado é a lógica do transistor-transistor, que se transformou o circuito de lógica padrão em a maioria de aplicações por um número de anos. Como melhorado avançado, o TTL circuitos integrados foi adaptado ligeiramente para segurar uma escala mais larga das exigências, mas suas funções básicas remanesceram as mesmas. Estes dispositivos compreendem a família 7400 de ICs digital. Lógica Emissor-Acoplada (Ecl) -Sabido também como a lógica de modalidade atual (CML), as portas do ECL estão projetadas especificamente operar-se em velocidades extremamente elevadas, evitando " a retardação " inerente quando os transistor são permitidos se tornar saturado. Por causa desta, entretanto, estas portas exigem quantidades substanciais de corrente elétrica operar-se corretamente. 1

2 Lógica do Cmos -Um fator é comum a todas as famílias que da lógica nós alistamos acima: usam quantidades significativas de poder elétrico. Muitas aplicações, as especial portáteis, alimentado à bateria, requerem que o uso do poder esteja minimizado absolutamente. Para realizar esta, a família da lógica do CMOS (Metal-Óxido-Semicondutor complementar) foi desenvolvida. Esta família usa mosfets da realce-modalidade como seus transistor, e é assim que projetado que não requer quase nenhuma corrente se operar. As portas do CMOS, entretanto, são limitadas severamente em sua velocidade de operação. Não obstante, são altamente útil e eficaz em uma escala larga de aplicações alimentados à bateria. -A maioria de famílias da lógica compartilham de uma característica comum: suas entradas requerem uma determinada quantidade de corrente a fim operar-se corretamente. As portas do CMOS trabalham um bocado diferentemente, mas representam ainda uma capacidade que deva ser carregada ou descarregado quando a entrada muda o estado. A corrente requerida para dirigir toda a entrada deve vir da saída que fornece o sinal da lógica. Conseqüentemente, nós necessitamos saber quanto corrente uma entrada requer, e quanto corrente uma saída pode confiantemente fornecer, a fim determinar quantas entradas podem ser conectadas a uma única saída. -Entretanto, fazer tais cálculos pode ser projeto tedioso. Conseqüentemente, nós usamos uma técnica diferente. Melhor que trabalhando constantemente com correntes reais, nós determinamos a quantidade de corrente requerida dirigir uma entrada padrão, e designála que como uma carga padrão em toda a saída. Agora nós podemos definir o número de cargas que do padrão uma saída dada pode dirigir, e identificamo-la essa maneira. Infelizmente, algumas entradas para circuitos especializados requerem mais do que a corrente usual da entrada, e algumas portas, sabidas como amortecedores, são projetadas deliberadamente poder dirigir mais entradas do que usuais. Para que uma maneira fácil defina exigências da entrada e potencialidades de movimentação atuais da saída, nós definimos dois termos novos: Fan-in -O número das cargas padrão extraídas por uma entrada para assegurar a operação de confiança. A maioria de entradas têm um fan-in de 1. Fan-out -O número das cargas padrão que podem confiantemente ser dirigidas por uma saída, sem fazer com que a tensão da saída desloque fora de sua escala legal dos valores. Lembre-se, fan-in e o fan-out aplica-se diretamente somente dentro de uma família dada da lógica. Se para qualquer razão você necessitar conectar entre duas famílias diferentes da lógica, para ter cuidado para anotar e se encontrar com as exigências da movimentação e as limitações de ambas as famílias, dentro dos circuitos da relação. Lógica Do Diodo -A lógica do diodo emprega o fato que o dispositivo eletrônico sabido como um diodo conduzirá uma corrente elétrica em um sentido, mas não no outro. Nesta maneira, o diodo age como um interruptor eletrônico. 2

3 -À esquerda você vê uma lógica básica do diodo OU bloqueia-a. Nós suporemos por que uma lógica 1 está representada por +5 volts, e uma lógica 0 está representada a terra, ou os zero volts. -Nesta figura, se ambas as entradas forem deixadas desconectadas ou forem ambas na lógica 0, a saída Z será prendida também nos volts zero pelo resistor, e será assim uma lógica 0 também. Entretanto, se uma ou outra entrada for levantada para +5 volts, seu diodo tornar-se-á polarizado e conduzir-se-á conseqüentemente. Isto por sua vez forçará para output até a lógica 1. Se ambas as entradas forem a lógica 1, a saída será ainda a lógica 1. Daqui, esta porta executa corretamente um lógico OU função. -À direita são o equivalente E a porta. Nós usamos os mesmos níveis da lógica, mas os diodos são invertidos e o resistor é ajustado para puxar a tensão da saída até uma lógica 1 estado. Para este exemplo, +V = +5 volts, embora outras tensões enlatem apenas como facilmente seja usado. Agora, se ambas as entradas forem desconectadas ou se forem ambas na lógica 1, a saída Z estará na lógica 1. Se uma ou outra entrada estiver aterrada (lógica 0), esse diodo conduzirá e puxará a saída para baixo para a lógica 0 também. Ambas as entradas devem ser a lógica 1 para que a saída seja a lógica 1, assim que o este circuito executa o lógico E função. -Em ambas estas portas, nós fizemos a suposição que os diodos não introduzem nenhuns erros ou perdas no circuito. Este não é realmente o caso; um diodo do silicone experimentará uma queda de tensão para diante aproximadamente de 0.65v a 0.7v ao conduzir. Mas nós podemos começar em torno deste muito agradável especificando que qualquer tensão acima de +3,5 volts será a lógica 1, e toda a tensão abaixo de +1,5 volts será a lógica 0. É ilegal neste sistema para que uma tensão da saída estar entre +1,5 e +3,5 volts; esta é a região indefinido da tensão. -As portas individuais como os dois acima podem ser usadas à vantagem em circunstâncias específicas. Entretanto, quando as portas do DL são sidas conectadas em cascata, como mostrado à esquerda, alguns problemas adicionais ocorrem. Aqui, dos nós temos dois E as portas, cujas as saídas são conectadas às entradas OU porta. Muito simples e aparentemente razoável. -Mas espere um minuto! Se nós puxarmos as entradas para baixo para a lógica 0, certa bastante a saída estará prendida na lógica 0. Entretanto, de se ambas as entradas o um ou outro E porta estiverem em +5 volts, que a tensão da saída será? Que o diodo OU porta estará polarizado imediatamente, e corrente correrá através E resistor da porta, de através do diodo, e de através do resistor OU da porta. -Se nós os supusermos que todos os resistores são do valor igual (tipicamente, sejamos), agirão como um divisor da tensão e compartilharão igualmente da tensão de fonte de +5 volts. OU o diodo da porta introduzirá sua perda pequena no sistema, e a tensão da saída será aproximadamente 2,1 a 2,2 volts. Se ambas as portas tiverem 3

4 entradas da lógica 1, a tensão da saída pode levantar-se a aproximadamente 2,8 a 2,9 volts. Claramente, isto está " na zona proibida, " que não é suposta ser permitida. -Se nós formos uma etapa mais e conectarmos as saídas de dois ou mais destas estruturas o outro E porta, nós teremos perdido todo o controle sobre a tensão da saída; haverá sempre um diodo reverse-biased em algum lugar que obstrui os sinais de entrada e que impede que o circuito se opere corretamente. Isto é porque a lógica do diodo é usada somente para únicas portas, e somente em circunstâncias específicas. Lógica Do Resistor-Transistor -Considere o circuito o mais básico do transistor, tal como esse mostrado à esquerda. Nós somente estaremos aplicando uma de duas tensões à entrada I: 0 volts (lógica 0) ou volts de +V (lógica 1). A tensão exata usada como +V depende dos parâmetros de projeto do circuito; em RTL os circuitos integrados, a tensão usual são +3.6v. que nós suporemos um transistor ordinário de NPN aqui, com um ganho atual razoável de C.C., uma tensão para diante da emissor-base de 0,65 volts, e uma tensão do saturação do collectoremissor não mais altamente de 0,3 volts. -Em RTL padrão ICs, o resistor baixo é 470 e o resistor do coletor é 640. Quando a tensão de entrada é volts zero (realmente, qualquer coisa sob 0,5 volts), há nenhum polariza à junção da emissor-base, e o transistor não conduz. Conseqüentemente nenhuma corrente corre através do resistor do coletor, e a tensão da saída é volts de +V. Daqui, uma lógica 0 input resultados em uma lógica 1 output. Quando a tensão de entrada é volts de +V, a junção da emissor-base do transistor estará polarizada claramente. Para aqueles que como a matemática, nós suporã0 um circuito de saída similar conectou a esta entrada. Do assim, nós teremos uma tensão de 3,6-0,65 = 2,95 volts aplicados através de uma combinação da série um resistor output 640 e um resistor de entrada 470. Isto dá-nos uma corrente da base de: 2.95v/1110 = 0, ampères = 2,66 miliampères. -O RTL é uma tecnologia relativamente velha, e os transistor usados em RTL ICs têm um ganho atual da C.C. para a frente de ao redor 30. Se nós supusermos um ganho atual de 30, a corrente baixa de 2,66 miliampère suportará um máximo da corrente de coletor de 79,8 miliampère. Entretanto, se nós deixarmos cair tudo com exceção de 0,3 volts através do resistor de 640 coletores, carregará 3,3/640 = 5,1 miliampères. Conseqüentemente este transistor certamente saturado inteiramente; é girado sobre tão duro como pode ser. -Com uma lógica 1 input, então, este circuito produz uma lógica 0 output. Nós temos visto já que uma lógica 0 input produzirá uma lógica 1 output. Daqui, este é um circuito básico do inversor. 4

5 Como nós podemos ver dos cálculos acima, a quantidade de corrente fornecida à base do transistor é distante mais do que é necessário para dirigir o transistor no saturação. Conseqüentemente, nós temos a possibilidade de usar um output para dirigir entradas múltiplas de outras portas, e de ter portas com os resistores de entrada múltiplos. -Neste circuito, nós temos quatro resistores de entrada. Levantando algum input a +3,6 volts serão suficientes girar sobre o transistor, e aplicar entradas da lógica adicional 1 (+3,6 volts) não terá realmente nenhum efeito apreciável na tensão da saída. Recorde que a tensão polarizar na base do transistor não excederá 0,65 volts, assim que a corrente através de um resistor de entrada aterrado não excederá 0.65v/470 = 1,383 miliampères. Isto fornece-nos com um limite prático no número dos resistores de entrada permissíveis a um único transistor, mas não causa nenhuns problemas sérios dentro desse limite. -A porta de RTL mostrada acima trabalhará, mas terá um problema devido às interações possíveis do sinal através dos resistores de entrada múltiplos. Uma maneira melhor executar NEM função é mostrada à esquerda. Aqui, cada transistor não tem somente um resistor de entrada, assim lá é nenhuma interação entre entradas. NEM função é executado na conexão do coletor comum de todos os transistor, que compartilham de um único resistor da carga do coletor. Este é no fato o teste padrão para todo o RTL padrão ICs. O µl914 muito comumente usado é uma duas entradas NEM uma porta dupla, onde cada porta seja uma versão do dois transistor do circuito à esquerda. Está avaliado para extrair 12 miliampères da corrente da fonte de alimentação 3.6V quando ambas as saídas estão na lógica 0. que esta corresponde completamente bem com os cálculos nós temos feito já. -O fan-out padrão para portas de RTL é taxado em 16. Entretanto, o fan-in para uma entrada de porta padrão de RTL é 3. Assim, uma porta pode produzir 16 unidades da corrente de movimentação da saída, mas requer 3 unidades dirigir uma entrada. Há umas versões baixa potência destas portas que aumentam os valores dos resistores da base e do coletor 1.5K e 3.6K, respectivamente. Tais portas exigem mais menos atuais, e têm tipicamente um fan-in de 1 e um fan-out de 2 ou de 3. Também reduziram a resposta de freqüência, assim que não podem operar-se tão rapidamente quanto as portas padrão. Para começar mais grandes output potencialidades de movimentação, os amortecedores são usados. Estes são tipicamente os inversores que foram projetados com um fan-out de 80. Têm também uma exigência do fan-in de 6, desde que usam pares de transistor da entrada começar a movimentação aumentada. 5

6 Lógica do Diodo-Transistor -Como nós dissemos na página na lógica do diodo, o problema básico com portas do DL é que deterioram rapidamente o sinal lógico. Entretanto, trabalham para um estágio de cada vez, se o sinal re-for amplificado entre portas. A lógica do Diodo-Transistor (DTL) realiza esse objetivo. -A porta à direita é um DL OU porta seguida por um inversor tal como esse nós olhamos na página na lógica do resistor-transistor. OU função é executado ainda pelos diodos. Entretanto, não obstante o número de entradas da lógica 1, é certo que estará altamente bastante tensão de entrada para dirigir o transistor no saturação. Somente se todas as entradas são a lógica 0 queira o transistor esteja prendido fora. Assim, este circuito executa a NEM função. -A vantagem deste circuito sobre o seu equivalente de RTL é que OU a lógica está executada pelos diodos, não pelos resistores. Conseqüentemente não há nenhuma interação entre entradas diferentes, e qualquer número dos diodos pode ser usado. Uma desvantagem deste circuito é o resistor de entrada ao transistor. Sua presença tende a retardar para baixo o circuito, assim limitando a velocidade em que o transistor pode comutar estados. -No primeiro lance, a versão do NAND mostrada na esquerda deve eliminar este problema. Toda a lógica 0 input puxará imediatamente a base do transistor para baixo e desligará o transistor, para a direita? Bem, não completamente. Recorde essa tensão de entrada da base de 0,65 volts para o transistor? Os diodos exibem uma tensão para diante muito similar quando estão conduzindo a corrente. Conseqüentemente, uniforme com todas as entradas na terra, a base do transistor estará em aproximadamente 0,65 volts, e o transistor pode conduzir. -Para resolver este problema, nós podemos adicionar um diodo em série com a ligação baixa do transistor, como mostrado à direita. Agora a tensão para diante necessitada girar o transistor é sobre 1,3 volts. Para mesmo mais seguro, nós poderíamos adicionar um segundo diodo da série e reque 1,95 volts girar sobre o transistor. Essa maneira nós podemos também ser certos que as mudanças de temperatura não afetarão significativamente a operação do circuito. 6

7 -Uma ou outra maneira, este circuito trabalhará como uma porta do NAND. Além, como com NEM porta, nós podemos usar tantos como diodos da entrada como nós podemos desejar sem levantar o ponto inicial da tensão. Além disso, com nenhum resistor da série no circuito de entrada, há menos de um efeito do slowdown, assim que a porta pode comutar estados mais rapidamente e segurar umas freqüências mais elevadas. A pergunta óbvia seguinte somos, podemos nós rearranjar coisas assim que NEM a porta pode evitar esse resistor, e comuta conseqüentemente mais rapidamente também? -A resposta é, sim, lá é. Considere o circuito mostrado à esquerda. Aqui nós usamos os transistor separados conectados junto. Cada um tem uma única entrada, e conseqüentemente funções como um inversor por se. Entretanto, com o transistor os coletores conectaram junto, uma lógica 1 aplicada a uma ou outra entrada forçarão para output à lógica 0. Isto é NEM função. Nós podemos usar diodos múltiplos da entrada em um ou outro ou ambos os transistor, como com a porta de DTL NAND. Nós podemos usar diodos múltiplos da entrada em um ou outro ou ambos os transistor, como com a porta de DTL NAND. Isto daria nos E-nem a função, e é útil em algumas circunstâncias. Tal construção é também sabido um circuito de AOI (para E-ou-invertida). -Nós podemos começar uma função do NAND em qualquer uma de duas maneiras. Nós podemos simplesmente inverter as entradas à porta de NOR/OR, assim girá-la uma porta de AND/NAND, ou nós pode usar o circuito mostrado à direita. Neste circuito, cada transistor tem seu próprio resistor de entrada separado, assim que cada um é controlado por um sinal de entrada diferente. Entretanto, a única maneira que a saída pode ser puxada para baixo para a lógica 0 é se ambos os transistor forem girados sobre por entradas da lógica 1. -Se uma ou outra entrada for uma lógica 0 que o transistor não possa conduzir, assim não há nenhuma corrente com tampouco uma.. A saída é então uma lógica 1. Este é o comportamento de uma porta do NAND. Naturalmente, um inversor pode também ser incluído para fornecer E output ao mesmo tempo.o problema que este circuito NAND tem é pelo fato de que os transistores não são dispositivos ideais. Recorde essa tensão da saturação do coletor de 0,3 volts? Idealmente deve ser zero. Desde que não é, nós necessitamos olhar o que acontece quando nós " empilhamos " transistor esta maneira. Com dois, a tensão combinada do saturação do coletor é 0,6 volts -- somente ligeiramente menos do que a tensão da base de 0,65 volts que girará um transistor sobre. -Se nós empilharmos três transistor para uma porta de 3- input NAND, a tensão combinada da saturação do coletor é 0,9 volts. Isto é demasiado elevado; promoverá a condução no transistor seguinte não importa o que. Além, a carga apresentou-se pelo transistor superior à porta que as movimentações ele serão diferentes da carga apresentada pelo transistor mais baixo. Este tipo do unevenness pode fazer com que alguns problemas impares apareçam, especial porque a freqüência da operação aumenta. Por causa destes problemas, esta aproximação não é usada em RTL padrão ICs. Lógica Do Transistor-Transistor 7

8 -Com o desenvolvimento rápido de circuitos integrados (ICs), os problemas novos foram encontrados e as soluções novas foram desenvolvidas. Um dos problemas com circuitos de DTL era que faz exame de tanto quarto na microplaqueta do IC construir um diodo como faz para construir um transistor. Desde que " a propriedade real " é essencialmente importante em ICs, era desejável encontrar uma maneira evitar de requeira um grande número diodos da entrada. Mas que podia ser usado substituir muitos diodos? -Bem, olhando a porta de DTL NAND à direita, nós pudemos anotar que os diodos opostos olham consideravelmente bem como as duas junções de um transistor. No fato, se nós devêssemos ter um inversor, teria um único diodo da entrada, e nós apenas pudemos poder substituir os dois diodos opostos com um transistor de NPN para fazer o mesmo trabalho. De fato, isto trabalha completamente agradável. A figura à direita mostra o inversor resultante. Além, nós podemos adicionar emissores múltiplos ao transistor da entrada sem extremamente aumentar a quantidade de espaço necessitada na microplaqueta. Isto permite que nós construam uma porta múltiplas-entradas quase no mesmo espaço que um inversor. As economias resultantes na propriedade real traduzem ao economias significativas em custos do fabricação, que reduz por sua vez o custo ao usuário da extremidade do dispositivo. -Um problema compartilhado por todas as portas da lógica com um único transistor da saída e puxa-acima o coletor que o resistor está a uma velocidade do switching. O transistor puxa ativamente a saída para baixo para a lógica 0, mas o resistor não é ativo em puxar a saída até a lógica 1. devido aos fatores inevitáveis tais como capacidades do circuito e uma característica de transistor bipolares chamou " o armazenamento da carga, " fará exame de uma determinada quantidade de tempo para o transistor desligar completamente e a saída para a ascensão a uma lógica 1 nível. Isto limita a freqüência em que a porta pode se operar. Os projetistas de portas comerciais do IC do TTL reduziram esse problema modificando o circuito de saída. O resultado era " o circuito de saída " do pólo do totem usado em a maioria da 7400/5400 de série TTL Ics. -O circuito final usado em a maioria de comercial padrão TTL ICs é mostrado à direita. O número das entradas pode variar -- um pacote comercial do IC pôde ter seis inversores, quatro portas 2-input, três portas 3-input, ou duas portas 4-input. Uma porta 8-input em 8

9 um pacote está também disponível. Mas em cada caso, a estrutura do circuito remanesce a mesma. Lógica Emissor-Acoplada -A lógica Emissor-Acoplada é baseada no uso de um amplificador diferencial multientradas amplificar e combinar os sinais digitais, e em seguidores do emissor ajustar os níveis de tensão da C.C.. Em conseqüência, nenhuns dos transistor na porta incorporam sempre o saturação, nem começam sempre desligados completamente. Os transistor remanescem inteiramente dentro de suas regiões operando-se ativas em todas as vezes. Em conseqüência, o transistor não tem uma estadia de armazenamento da carga contudo, podem mudar estados muito mais rapidamente. Assim, a vantagem principal deste tipo de porta da lógica é extremamente de alta velocidade. -O diagrama esquemático mostrado aqui é feito exame de 1000/ de série de Motorola de dispositivos de MECL. Este circuito particular é de uma porta de 4-input OR/NOR. As tensões padrão para este circuito são -5,2 volts (V EE ) e terra (V centímetro cúbico ). As entradas não utilizadas são conectadas a V EE. O circuito diagonal no lado direito, consistindo em um transistor e seus diodos e resistores associados, pode segurar todo o número das portas em um único pacote do IC. ICs típico inclui 4-input duplo, 3-input triplo, e portas do quad 2-input. Em cada caso, as portas elas mesmas diferem somente em quantos transistor da entrada têm. Um único circuito diagonal serve a todas as portas. -Na operação, um ouput lógico muda o estado por somente 0,85 volts, de um ponto baixo de -1,60 volts a uma elevação de -0,75 volts. O circuito diagonal interno fornece uma tensão fixa de -1,175 volts ao transistor diagonal no amplificador diferencial. Se todas as entradas estiverem em -1,6 volts (ou amarrado a V EE ), todos os transistor da entrada estarão desligada, e somente o transistor diferencial interno conduzirá a corrente. Isto reduz a tensão baixa do OU do transistor da saída, abaixando sua tensão da saída a -1,60 volts. Ao mesmo tempo, nenhum transistor da entrada é afetar NEM output a base do transistor, assim que sua saída levanta-se a -0,75 volts. Esta é simplesmente a tensão da emissor-base, V SEJA, do transistor próprio. (todos os transistor são semelhantes dentro do IC, e são projetados mandar um V SER de 0,75 volts.) Quando toda a entrada se levantar a -0,75 volts, essa corrente do emissor dos sifões do transistor away do transistor diferencial interno, fazendo com que as saídas comutem estados. -As 9

10 mudanças da tensão neste tipo de circuito são pequenas, e estão ditadas pelo V SEJAM dos transistor envolvidos quando são sobre. De uma importância mais grande à operação do circuito são a quantidade de corrente que correm através de vários transistores, melhor que as tensões precisas envolvidas. Conforme a lógica Emissor- Acoplada é sabida também como a lógica de modalidade atual (CML). Isto conduz-nos a um inconveniente principal deste tipo de porta: extrai a corrente muita da fonte de alimentação, e daqui tende a dissipar uma quantidade significativa de calor. -Para minimizar este problema, alguns dispositivos tais como contadores da freqüência usam um contador de década do ECL na extremidade da entrada dos circuitos, seguida por TTL ou por contadores elevados do CMOS da velocidade nas posições do dígito mais atrasadas. Isto põe o IC rápido, caro onde se requer absolutamente, e permite que nós usem um ICs mais barato nas posições onde o sinal nunca será nessa elevação um freqüência. Lógica do Cmos -A lógica do CMOS é uma tecnologia mais nova, baseada no uso de transistor complementares do MOS executar funções da lógica com quase nenhum atual requerido. Isto faz estas portas muito úteis em aplicações alimentação à bateria. O fato que trabalharão com as tensões de fonte tão baixas quanto 3 volts e tão altamente como 15 volts são também muito úteis. -As portas todas do CMOS são baseadas no circuito fundamental do inversor mostrado à esquerda. Anote que ambos os transistor são mosfets da realce-modalidade; uma N-canaleta com sua fonte aterrada, e uma P-canaleta com sua fonte conectada a +V. suas portas são conectadas junto para dar forma à entrada, e seus drenos são conectados junto para dar forma à saída. Os dois mosfets são projetados para ter características combinados e complementares. -Quando fora, sua resistência for eficazmente infinita; Quando sobre, sua resistência da canaleta for aproximadamente 200. Desde que a porta é essencialmente um circuito que aberto não extrai nenhuma corrente, e a tensão da saída será igual ou ao moído ou à tensão da fonte de alimentação, dependendo de que o transistor está conduzindo. Quando a entrada A estiver aterrada (lógica 0), o MOSFET da N-canaleta é unbiased, e não tem conseqüentemente nenhuma canaleta realçada dentro. É um circuito aberto, e sae conseqüentemente da linha de saída desconectada da terra. Ao mesmo tempo, o MOSFET da P-canaleta é polarizado, assim que tem uma canaleta realçada dentro. Esta canaleta tem uma resistência de aproximadamente 200, conectando a linha de saída à fonte de +V. Isto puxa a saída até +V (lógica 1). Quando a entrada A está em +V (a lógica 1), o MOSFET da P-canaleta está desligada e o MOSFET da N-canaleta está puxando sobre, assim a saída para baixo para a terra (lógica 0). Assim, este circuito executa corretamente o inversão da lógica, e fornece ao mesmo tempo ativo puxa-acima e puxa-, de acordo com o estado da saída. 10

11 -Este conceito pode ser expandido em estruturas NEM e do NAND combinando inversores parcialmente em uma série, estrutura parcialmente paralela. O circuito à direita é um exemplo prático de um CMOS 2-input NEM porta. Neste circuito, se ambas as entradas forem baixas, ambos os mosfets da P-canaleta serão girados sobre, assim fornecer uma conexão a +V. que ambos os mosfets da N-canaleta estarão desligada, assim lá não será nenhuma conexão à terra. Entretanto, se uma ou outra entrada for altamente, esse MOSFET da P-canaleta desligará e desconectará a saída de +V, quando esse MOSFET da N- canaleta girará sobre, assim aterrando a saída. -A estrutura pode ser invertida, como mostrado à esquerda. Aqui nós temos uma porta do NAND de duas entrada, onde uma lógica 0 em uma ou outra entrada force para output à lógica 1, mas faz exame de ambas as entradas na lógica 1 para permitir que a saída vá à lógica 0. Esta estrutura é mais menos limitada do que o equivalente bipolar seria, mas há ainda alguns limites práticos. Um destes é a resistência combinada dos mosfets em série. Em conseqüência, os pólos do totem do CMOS não são feitos a mais de quatro entradas elevadas. As portas com mais de quatro entradas são construídas como estruturas sendo conectadas em cascata melhor que únicas estruturas. Entretanto, a lógica é ainda válida. Mesmo com este limite, a estrutura do pólo do totem causa ainda alguns problemas em determinadas aplicações. Puxe acima e as resistências puxa abaixo na saída são nunca as mesmas, e podem mudar significativamente como as entradas mudam o estado, mesmo se a saída não muda estados da lógica. O resultado é tempos desiguais e imprevisíveis da ascensão e da queda para o sinal de saída. Este problema foi dirigido, e resolvido com as portas protegido, ou da B-série do CMOS. A técnica aqui deve seguir a porta real do NAND com um par dos inversores. Assim, a saída será dirigida sempre por um único transistor, P- canaleta ou N-canaleta. Desde que são combinados tão próxima como possível, a resistência de saída da porta será sempre a mesma, e o comportamento do sinal é conseqüentemente mais previsível -Um dos problemas principais com portas do CMOS está a sua velocidade. Não podem operar-se muito rapidamente, por causa de sua capacidade inerente da entrada. os 11

12 dispositivos da B-série ajudam superar estas limitações a alguma extensão, fornecendo a corrente de saída uniforme, e comutando a saída indica mais rapidamente, mesmo se os sinais de entrada estão mudando mais lentamente. Note que nós não entramos em todos os detalhes da construção da porta do CMOS aqui. Para o exemplo, para evitar os danos causados pela eletricidade estática, os fabricantes diferentes desenvolveram um número de circuitos da proteção da entrada, para impedir que as tensões de entrada se tornem demasiado altamente. Entretanto, estes circuitos da proteção não afetam o comportamento lógico das portas, assim que nós não entraremos nos detalhes aqui. -Um tipo de porta, mostrado à esquerda, é original à tecnologia do CMOS. Esta é o interruptor bilateral, ou porta da transmissão. Faz o uso cheio do fato que os fets individuais em um IC do CMOS estão construídos para ser simétricos. Isto é, o dreno e as conexões da fonte a todo o transistor individual podem ser intercambiados sem afetar o desempenho do transistor próprio ou do circuito ao todo. -Quando os fets do n e do P-tipo são conectados como mostrado aqui e suas portas estão dirigidas dos sinais de controle complementares, ambos os transistor serão desligados sobre ou junto, melhor que alternadamente. Se forem ambos fora, o trajeto do sinal é essencialmente um circuito aberto. não há nenhuma conexão entre a entrada e a saída. Se forem ambos sobre, há muito uma conexão da baixo-resistência entre a entrada e a saída, e um sinal será passado completamente. O que é verdadeiramente interessante sobre esta estrutura é que o sinal que está sendo controlado nesta maneira não tem que ser um sinal digital. Tão por muito tempo como a tensão do sinal não excede as tensões da fonte de alimentação, mesmo um sinal análogo pode ser controlado por este tipo de porta. 12