SISTEMAS DIGITAIS ELEMENTOS DE TECNOLOGIA

Documentos relacionados
Sistemas Digitais (SD) Elementos de Tecnologia Funções Lógicas

SISTEMAS DIGITAIS ELEMENTOS DE TECNOLOGIA

Sistemas Digitais (SD) Elementos de Tecnologia Funções Lógicas

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

CIRCUITOS INTEGRADOS. Professor Adão de Melo Neto

Famílias Lógicas I Características Gerais

CIRCUITOS INTEGRADOS. Professor Adão de Melo Neto

CIRCUITOS INTEGRADOS. Professor Adão de Melo Neto

LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DIGITAL

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de SC

Famílias de Circuitos Lógicos

8.7) Tecnologia MOS. MOS metal-óxido-semicondutor: um eletrodo de metal sobre um óxido isolante sobre um substrato de semicondutor

CIRCUITOS COMBINATÓRIOS BÁSICOS

Implementação de Funções Lógicas com Circuitos Integrados


CI's das família TTL e CMOS

Eletrônica (famílias lógicas) Prof. Manoel Eusebio de Lima

Eletrônica (famílias lógicas) Prof. Manoel Eusebio de Lima

ESCOLA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL SENAI PLÍNIO GILBERTO KRÖEFF FAMÍLIAS LÓGICAS

ELD - Eletrônica Digital Aula 2 Famílias Lógicas. Prof. Antonio Heronaldo de Sousa

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA ELETRÔNICA DIGITAL - ET75C - Profª Elisabete N Moraes

Caracterização de Portas Lógicas

ELD - Eletrônica Digital Aula 2 Famílias Lógicas. Prof. Antonio Heronaldo de Sousa

Fan Out (capacidade de acionamento) Tipos de Portas: buffer, 3-state, opencollector. » TTL: Transistor Transistor Logic» ECL: Emmiter Coupled Logic

CAPÍTULO 3 - PORTAS LÓGICAS

O Mundo Real é Analógico ou Digital?

Definição. Elemento com uma ou mais entradas que produz um sinal de saída, função dos valores presentes na entrada.

Dispositivos de Chaveamento

CARACTERIZAÇÃO DE PORTAS LÓGICAS

Sistemas Digitais Elementos Básicos de Tecnologia

Professor João Luiz Cesarino Ferreira CURSO TÉCNICO DE ELETRÔNICA 4 MÓDULO

Caracterização de Portas Lógicas

9. Portas lógicas. 9. Portas lógicas. Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Felgueiras - Politécnico do Porto

Prof. Leonardo Augusto Casillo

Sistema Decimal - Permite representar qualquer quantidade por intermédio de uma soma ponderada de potências de base 10.

Eletrônica Digital. Prof. Arthur Braga

O Mundo Real é Analógico ou Digital?

SEL0384 Laboratório de Sistemas Digitais I

13 CIRCUITOS DIGITAIS MOS

Eletrônica Digital. Circuitos Combinacionais FACULDADE FUCAPI

PCS 3115 (PCS2215) Sistemas Digitais I. Tecnologia CMOS. Prof. Dr. Marcos A. Simplicio Jr. versão: 3.0 (Jan/2016) Adaptado por Glauber De Bona (2018)

FAMÍLIAS LÓGICAS. Terminologia dos Circuitos Integrados

LABORATÓRIO DE CIRCUITOS DIGITAIS. PREPARAÇÃO 02: Famílias Lógicas

Organização e Arquitetura de Computadores. A Arquitetura no nível da lógica digital Prof.: Hugo Barros

Sistemas Digitais Curso Profissional de Eletrónica, Automação e Comando

FAMÍLIAS DE CIRCUITOS LÓGICOS

SCE Elementos de Lógica Digital I

SEL0384 Laboratório de Sistemas Digitais I

SEL0384 Laboratório de Sistemas Digitais I

Sistemas Digitais / Sistemas Digitais I 7 Famílias Lógicas

CURSO DE ELETRÔNICA DIGITAL FAMÍLIAS DE CIRCUITOS LÓGICOS DIGITAIS


Inversor CMOS: operação do circuito, características de transferência de tensão (p )

OBJETIVOS MATERIAL UTILIZADO

ATRASOS DO CMOS. Marco A. Zanata Alves PROJETOS DIGITAIS E MICROPROCESSADORES 1

Transistor. Portas Lógicas (2) Base; Coletor; Emissor.

Portas Tristate e Coletor/ Dreno Aberto

Introdução aos Sistemas Digitais

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA ELETRÔNICA DIGITAL - ET75C - Profª Elisabete N Moraes

SISTEMAS DIGITAIS CIRCUITOS FAMÍLIA LOGICAS E CIRCUITOS INTEGRADOS. Professor Carlos Muniz

SOLUÇÃO : 2) Converter os números da base 10 para a base 5. N1 = (134) 10 N2 = (245) 10. Resposta : N1 = (1014) 5 N2 = (1440) 5

6. Natureza dos circuitos digitais

PCS3515 Sistemas Digitais. 04-Famílias Lógicas e Lógica CMOS

Fig. 1 Tempos de propagação e de transição de nível lógico de uma porta lógica NOT.

Circuitos Digitais MOS. Circuitos Digitais. Famílias lógicas. circuitos do mesmo tipo, mesma tecnologia, mesmas características

Tecnologia VLSI - Uma Breve Introdução

Sistemas Digitais I LESI :: 2º ano. Introdução

Parte # 2 - Circuitos Combinatórios

Lógica Matemática e Elementos de Lógica Digital. Representação analógica e digital

Centro Federal de Educação Tecnológica de Pelotas CEFET-RS. Aula 04. Inversor CMOS. Prof. Sandro Vilela da Silva.

Revisão: sist. combinacional x sist. sequencial

INF Técnicas Digitais para Computação. Introdução. Aula 1

UNIBRATEC Ensino Superior e Técnico em Informática DHD Desenvolvimento em Hardware

Circuitos Integrados (CIs) Sistemas Digitais

PCS 3115 (PCS2215) Objetivos Parte 1

Ciclo de Palestras em Computação 09/11/2011

4.9 Características Básicas dos CIs Digitais

- Eletrônica digital - Capítulo 2 Circuitos Combinacionais

Aula 3 - Famílias lógicas

Introdução à Computação: Máquinas Multiníveis

Pedroni Capítulo 10. Prof. Odilson Tadeu Valle

Capítulo 8. Famílias Lógicas e Circuitos Integrados Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados. slide 1

Realização física de circuitos lógicos

Circuitos CMOS dinâmicos

Marco A. Zanata Alves PROJETOS DIGITAIS E MICROPROCESSADORES 1

1. Sistemas de numeração e códigos 23

UFJF FABRICIO CAMPOS

Caracterização de Portas Lógicas

Microeletrônica. Aula 21. Prof. Fernando Massa Fernandes. Sala 5017 E.

1. Famílias Lógicas NMOS e CMOS

Circuitos CMOS dinâmicos

Eletrônica Digital Portas Lógicas

PORTAS CMOS. Marco A. Zanata Alves PROJETOS DIGITAIS E MICROPROCESSADORES 1

Noções elementares de electrónica digital. Electrónica digital e electrónica analógica. Principais famílias lógicas. Marcos tecnológicos.

Transistor como chave. DP - Exercícios

Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação SEL 384 Laboratório de Sistemas Digitais I Profa. Luiza Maria Romeiro Codá PRÁTICA Nº2

Transcrição:

ELEMTOS DE TECNOLOGIA

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 2 SUMÁRIO: CIRCUITOS INTEGRADOS TECNOLOGIAS COMPONTES TTL NÍVEIS LÓGICOS FAN-OUT E FAN-IN TRANSISTORES CMOS PORTAS TRI-STATE TEMPOS DE PROPAGAÇÃO LÓGICA POSITIVA POLARIZAÇÃO

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 3 CIRCUITOS INTEGRADOS Os circuitos digitais são realizados com circuitos integrados. Um circuito integrado é um cristal semicondutor, habitualmente de silício, que contém os componentes electrónicos que formam as portas lógicas. É habitualmente designado por chip. O chip é montado dentro de um empacotamento cerâmico ou plástico e são construídas ligações do chip para os pinos externos do integrado. O número de pinos pode variar entre 4 (para os empacotamentos mais pequenos) e várias centenas. Os CIs podem ser classificados segundo o nº de portas lógicas que utilizam: SSI Small-Scale Integration : até portas portas básicas simples. MSI Medium-Scale Integration : até portas funções elementares: somadores, etc. LSI Large-Scale Integration : até alguns milhares de portas pequenos processadores, etc. VLSI Very Large-Scale Integration : a partir de alguns milhares de portas microprocessadores, etc.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 4 TECNOLOGIAS Os CIs são também classificados de acordo com a tecnologia em que são fabricados. Os circuitos de uma dada tecnologia agrupam-se em famílias lógicas segundo os circuitos electrónicos que constituem as suas portas básicas. Historicamente, estas têm sido as tecnologias mais importantes: RTL Resistor-Transistor Logic, DTL Diode-Transistor Logic Primeiras famílias lógicas - completamente obsoletas. TTL Transistor-Transistor Logic Popular e barata. Disponível um grande número de componentes SSI e MSI. Usada durante várias décadas. ECL Emitter-Coupled Logic Usada em alguns circuitos que operam em alta frequência. MOS Metal-Oxide Semiconductor pmos, nmos CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor Baixo consumo de potência. Grande capacidade de integração. Tecnologia actualmente dominante. BiCMOS Bipolar Complementary Metal-Oxide Semiconductor combina CMOS com TTL, usada em casos em que só CMOS não garante capacidade de drive. GaAs Gallium-Arsenide usada em circuitos que operam em muito alta frequência.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 5 COMPONTES TTL Designação p. ex: 74LS32 54 / 74 Série 74 = standard Série 54 = aplicações militares L / LS / S / / H tipos diferentes de transistores e compromissos diferentes de velocidade vs. potência dissipada. A família LS é actualmente a mais popular. 74 74LS 74S 74L 74H Standard Low-Power Schottky Schottky Low-Power High-Power Atraso ns 9,5 ns 3 ns 33 ns 6 ns Potência Dissipada mw 2 mw 9 mw mw 22 mw Produto Pot.*Atr. pj 9 pj 57 pj 33 pj 32 pj Exemplo de Componentes Disponíveis Dispositivo Função 4 NAND2 2 4 NOR2 4 6 NOT 8 4 AND2 2 2 NAND4 2 2 AND4 27 3 NOR3 3 NAND8 32 4 OR2 26 4 Buffers Tri-State 36 4 XOR2

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 6 NÍVEIS LÓGICOS Saídas Entradas V OH Tensão mínima de saída fornecida pela porta lógica, quando a saída se encontra no nível lógico alto (HIGH) V OL Tensão máxima de saída fornecida pela porta lógica, quando a saída se encontra no nível lógico baixo (LOW) H H V IH V IL Tensão mínima de entrada interpretada pela porta lógica como nível lógico alto (HIGH) Tensão máxima de entrada interpretada pela porta lógica como nível lógico baixo (LOW) V OH = 2.4V H V IH = 2V Famílias lógicas diferentes consideram, em geral, limites de tensão diferentes para a interpretação dos níveis lógicos. V OL =.4V L L L V IL =.8V H e L - Correspondem às margens de ruído, i.e., à diferença máxima entre os níveis de tensão fornecidos pelas saídas e os níveis de tensão admitidos nas entradas para uma interpretação correcta dos sinais.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 7 FAN-OUT E FAN-IN Fan-Out Nº de entradas de portas lógicas a que podemos ligar a saída de uma porta, sem degradar o desempenho do circuito. Fan-In Nº de entradas disponíveis de uma porta lógica. Os circuitos MOS podem ser ligados a um nº grande de outras portas MOS sem degradação do sinal, mas o atraso aumenta com o nº de ligações. A velocidade de operação das portas TTL não depende do fan-out, mas a qualidade do sinal degrada-se a partir de um certo nº de ligações.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 8 TRANSISTORES CMOS A tecnologia CMOS usa 2 tipos de transistores: pmos e nmos. O comportamento destes transistores pode ser modelado, de forma simplificada, como interruptores controlados pela tensão correspondente aos níveis lógicos e. Este modelo ignora detalhes electrónicos mais complexos, mas é suficiente para perceber o funcionamento básico das portas digitais. O transistor nmos quando tem um no terminal de controlo, funciona como um circuito aberto entre os 2 outros terminais. O transistor pmos quando tem um no terminal de controlo, funciona como um circuito aberto entre os 2 outros terminais. O transistor nmos quando tem um no terminal de controlo, funciona como um circuito fechado entre os 2 outros terminais. O transistor pmos quando tem um no terminal de controlo, funciona como um circuito fechado entre os 2 outros terminais.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 9 PORTAS LÓGICAS BÁSICAS CMOS V+ V+ B B = X X X = X = A A = A+B NOT B A B = A = V+ NOR A A.B B A = B = As portas são construídas de modo a nunca existir uma ligação estática de V+ para GND. A B NAND A = B = Senão: Curto Circuito

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - UTILIZAÇÃO DE BARRAMTOS V+ A maioria dos sistemas digitais utiliza barramentos. Barramentos são linhas às quais se liga um conjunto de dispositivos. No entanto, não podemos ligar 2 portas lógicas standard a uma mesma linha, por risco de curto-circuito. É necessário, portanto, utilizar mecanismos que permitam, quando um dispositivo está a enviar dados para o barramento, desligar todos os outros. V+ Curto Circuito

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - PORTAS TRI-STATE As portas lógicas standard operam apenas com 2 valores lógicos: e. As portas tri-state podem gerar na saída, além do e do, um terceiro valor, alta-impedância, habitualmente referido como Z. Quando a saída está no estado de alta-impedância é como se a porta estivesse desligada do circuito. Além das entradas convencionais, a porta tri-state tem entrada adicional, designada por enable. Quando o enable está activado, a porta funciona normalmente. Quando o enable está desactivado, a saída da porta é desligada do circuito. Simbologia: B Buffers Tri-State AND3 Tri-State

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 2 PORTAS TRI-STATE (cont.) As portas lógicas tri-state permitem ligar 2 saídas ao mesmo ponto, sem curto- -circuito, desde que apenas uma delas esteja activa de cada vez. Nota: não é possível ligar as saídas de 2 portas standard ao mesmo ponto, porque ocorrerá um curto-circuito se a saída de uma for e a saída da outra for. Exemplo: O sinal SELECCIONA escolhe qual dos circuitos A ou B é ligado à saída. Circuito A Circuito B SAIDA O inversor garante que apenas um dos buffers está activo de cada vez: SELECCIONA = Buffer de cima activo SELECCIONA SELECCIONA = Buffer de baixo activo

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 3 PORTA TRI-STATE EM CMOS A implementação de portas tri-state em CMOS é trivial: a saída fica desligada do circuito se cortarmos simultaneamente os caminhos para V+ e para a massa. V+ IN = = = Quando =, disabled, a saída fica desligada do circuito! IN IN = Se =, enabled, o circuito funcionaria como inversor normal.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 4 LIGAÇÃO A BARRAMTO A figura ilustra um exemplo de ligação de 3 portas tri-state ao mesmo BUS. A B Barramento (BUS) C C 2 C 3 Funcionamento C S = Z (alta impedância) S = A. B S = C + D + E S = F C D E C2 S (Saída) É necessário garantir que C, C 2 e C 3 nunca estão activos ao mesmo tempo. F C3 Nesta condição, pode dizer-se que S ( A B) + C ( C + D + E) + C F = C 2 3

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 5 TEMPOS DE PROPAGAÇÃO Tempo de Propagação: corresponde ao intervalo de tempo necessário para que uma alteração na entrada se propague até à saída de uma determinada porta lógica ou circuito combinatório. t PHL - Tempo de propagação de H para L na saída, desde a variação da entrada. t PLH - Tempo de propagação de L para H na saída, desde a variação da entrada. E E S S Valores Típicos (para TTL LS): 8 a ns Valores Máximos: 5 a 2 ns t PHL t PLH Na determinação do atraso máximo na propagação de um sinal através de um circuito combinatório consideram-se, sempre, os valores máximos.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 6 CÁLCULO DO CAMINHO COM ATRASO DE PROPAGAÇÃO MÁXIMO t = t + t + t ou O caminho de atraso máximo é activado quando C comuta e A=, B.D= e A.B=. PLHtotal t = t + t + t PHLtotal PLHnot PHLnot PLHand PHLand PLHor PHLor A B C D C AC BD > f Exemplo: AB t PHL t PLH NOT 4ns 5ns AND 7ns 2ns A B C D t P max = OR 24ns 22ns max (4ns + 7ns + 24ns ;5ns + 2ns + 22ns) C AC > f = max (55ns ; 57ns) = 57ns

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 7 CÁLCULO DO CAMINHO COM ATRASO DE PROPAGAÇÃO MÁXIMO (com NANDs) O caminho de atraso máximo é activado quando C comuta e A=, B.D= e A.B=. A B C D t = t + t + t PLHtotal PLHnot PHLnand PLHnand 2 ou t = t + t + t PHLtotal PHLnot PLHnand PHLnand 2 f Exemplo: t PHL t PLH NOT 4ns 5ns NAND 7ns 6ns A B C D t P max = max (4ns + 6ns + 7ns ;5ns + 7ns + 6ns) f = max (47ns ; 48ns) = 48ns

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 8 LÓGICA POSITIVA Os catálogos dos fabricantes definem as portas lógicas em termos dos níveis H High, e L Low, e não dos valores lógicos e. Num sistema de lógica positiva, usa-se o nível H para representar o valor lógico, e o nível L para representar o nível lógico. (Num sistema de lógica negativa, H seria e L seria ). Atribuição de Nomes a Sinais Os nomes dos sinais são uma forma importante de documentação. Devem ser usados nomes que ajudem a perceber a função de cada sinal: se um determinado sinal faz acender um LED deve ser designado, por exemplo, como AcendeLED, e não como X3. É também importante distinguir se o sinal faz acender o LED quando tem o valor H ou quando tem o valor H. Esta distinção é feita habitualmente usando os sufixos _H ou _L. Diz-se, no primeiro caso, que o sinal é activo a H (ou activo a ) e, no segundo caso, que o sinal é activo a L (ou activo a ). AcendeLED_H o sinal é activo a H, quer dizer que acende o LED quando o sinal vale H. AcendeLED_L o sinal é activo a L, quer dizer que acende o LED quando o sinal vale L. Nota: quando o sufixo é omisso considera-se habitualmente que o sinal é activo a H.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 9 POLARIZAÇÃO E SIMBOLOGIA Os triângulos (ou os círculos) usados na simbologia são, de facto, indicadores de polaridade. Um sinal com polaridade positiva (_H) torna-se activo quando toma o valor H, e um sinal com polaridade negativa (_L) torna-se activo quando toma o valor L. Um indicador de polaridade numa entrada indica, de facto, que essa entrada é activada pelo nível L. Exemplo: A entrada de Enable é activa a L, significa que o buffer tri-state é enabled quando se força essa entrada a L. A entrada de Enable é activa a H, significa que o buffer tri-state é enabled quando se força essa entrada a H.

ELEMTOS DE TECNOLOGIA - 2 BIBLIOGRAFIA [] M. Morris Mano, Charles R. Kime, Logic and Computer Design Fundamentals, Prentice- Hall International, Inc. Capítulo 2, Secção 2.8 e (só na ª edição) 2.9.