Circuite logice cu - UTCluj · Ideala din punct de vedere al intrarii Reala. Margini de zgomot max max min min L IL OL H OH IH NM V V NM V V Nivelele tensiunii şi marginile de zgomot

Circuite logice cu

tranzistoare

2

Modelul

întrerupător

comandat

vCT > VCTex,n; T- (c); iO > 0 ; vO 0

vCT < VPn; T- (b); iO = 0; vO =VAl

vCT > VPp; T - (b); iO = 0; vO = VAl

vCT < VCTex,p; T- (c); iO > 0; vO 0

Intrerupatoarele comandate sunt complementare

Tn

VCTex,n

Tp

VCTex,p

(c) (c)

3

Modelul

întrerupător

comandat

Intrerupatoarele comandate sunt complementare

vCT Tn Tp

L (Low) (b) (c)

H (High) (c) (b)

Semnal analogic – Semnal logic

analogic logic

Logic 0 fals low (scazut)

Logic 1 adevarat high (ridicat)

0V logic 05V logic 1 Familia logica CMOS

alimentata la +5V

Transistor: component essential a oricarui ncircuit electronic

Tranzistoare integrate - circuiteintegrate digitale

Numar de tranzistoare:

• Intel 4004, 1971, 10µ, 12mm2, 2,300 T

• Pentium 4 Prescott: 2004, 90nm, 143mm2 112,000,000 T

• Core i7 Broadwell-E (10-core), 2016, 14nm, 246mm2, 3,200,000,000 T

• Apple A12 (hexa-core ARM64), 2018, 7nm, 83.27mm2, 6,900,000,000 T

• GC2 IPU, 2018, 16nm, 825mm2, 23,600,000,000 T

- Intelligence Processing Unit (IPU), special proiectat pentru aplicatii de inteligenta artificiala (machine learning – masini instruibile)

[https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count]

CIRCUITE LOGICE CU TECMOS

intrerupator comandat ideal

implementare cu TECMOS

Inversorul logic0V 0 logic

VAl 1 logic

vA Tn vy

VCoL = 0V (off) VAl

VCoH = VAl (on) 0

Inversorul logic

Cu Tn si R

Cu Tp si R

0 logic - 0V

1 logic - VAl

A

Y

R

Tn

VAl

Inversorul logic cu TMOS și R

Cu TMOS canal n si R

A

Y

R

Tp

VAl

Cu TMOS canal p si R

Analiza critica a inversorului cu intrerupator comandat si R

Diminuarea dezavantajului

R cât mai mică, ideal R→0;

Soluție: înlocuirea R cu întrerupator comandat

Tn – (b)

Tn – (c)

R cât mai mare, ideal R→∞

Două solutii:

întrerupătoare comandă

complementare complementară

Specifica TMOS Specifica TB

• Inversorul CMOS

VGSn= vI

vGSp= vI-VDD

Functii logice ȘI-NU, SAU-NU

a) Care este tabelul de adevar?b) Care sunt starilecomutatoarelor?c) Cum putem eliminadezavantajele cauzate de prezenta rezistoruluiR ?

Probleme

Functii logice ȘI-NU, SAU-NU

ȘI-NU in tehnologie CMOS

a) Care este tabelul de adevar?b) Care sunt stariletranzistoarelor?

Problema

ȘI-NU in tehnologie CMOS

SAU-NU CMOS ȘI CMOS

CSTV a inversorului CMOS

Ideala din punct

de vedere al

intrarii

Reala

Margini de zgomot

maxmax

minmin

OLILL

IHOHH

VVNM

VVNM

Nivelele tensiunii şi

marginile de zgomot

pentru familia logică

CMOS alimentata la +5V

V1V50V51 ,,NM L

V1V53V54 ,,NM H

Circuit logic 1

Circuit Logic 2

ieșire intrare

CIRCUITE LOGICE CU TB

tehnologie RTL

tehnologie TTL

Utilizarea TB comutare, circuite logice

Rezistenta de limitare a curentului de baza

B

Co

B

BECoB

R

v

R

Vvi

7.0

Cex

Bsat

ii

C

Al

C

CEsatAlCex

R

V

R

vVi

2.0

T – (b), daca vCo< 0.6V

T – (c), daca iB > iBsat

Problema

V5;150

;k2;k100

Al

CB

V

RR

a) In ce stare este T daca vCo=0V? Ce valoare are tensiunea vCE?

b) In ce stare este T daca vCo=5V? Ce valoare are tensiunea vCE?

c) Pentru ce domeniu de valori ale vCo T este blocat? Dar in

saturatie?

d) Daca 0V => 0 logic si 5V => 1 logic, ce functie logica

realizeaza circuitul daca ]V}[5;0{Cov

Circuite logice cu tranzistoare bipolare

• Inversor Tehnologie RTL

• SAU-NU

a) Care este schema pentru poarta logica ȘI-NU cu doua intrări in tehnologie RTL?b) Care este tabelul de adevăr?c) Care sunt stările tranzistoarelor?

Problema

Circuite logice bipolare TTL (Tranzistor-Tranzistor Logic)

• Inversorul logic• din motive tehnologice în circuitele logice integrate este preferată folosirea doar a tranzistoarelor npn.

• se adoptă varianta cu tranzistoare identice comandate complementar

Poarta TTL standard

Nivelele tensiunilor şi marginile de zgomot pentru familia logică TTL

tensiune

niveluri

garantate la

ieşire

niveluri

acceptate la

intrare

28

/

8

Subfamilii TTL cu performanţe îmbunătăţite

viteze mai mari, disipare (consum) redusa de putere

Tranzistor Schottky Dioda Schottky: joncţiune metal semiconductor, în conductie 0,5V

vBE=0,8V; vBC=0,5V; vCE=0,3V

• tranzistorul Schottky nu intra în saturatie

• creste viteza de comutare

Structura simplificată a porţii ŞI-NU în tehnologie Schottky de mică putere

Porti logice

0 1

1 0

NU AB

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

SI

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

SAU

A+B

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

SAU-NUSI-NU

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

SAU exclusiv

Porti logice – cont.

Comutator analogic

CA este un circuit care permite sau blochează trecerea

semnalului de intrare către ieşire în funcţie de un semnal de comandă.

vCo - două nivele:

VCoL

<VPn

VCoH> VCTex,n

vCo=VCoL ; Tn-(b) ; vO=0 blochează trecerea vI

vCo=VCoH ; Tn- (cex) ; vO= vI permite trecerea vI

33 CA bidirectional cu două întrerupătoare

comandate complementare

vCo

=VCoL

; CA-(b) ;

vCo=VCoH ; CA- (c) ;

C=0; CA-blocat; vO = 0

C=1; CA-conduce; vO = vI

CA – implementare CMOSVCoH=VDD; VCoL=VSS

vI (VSS; VDD)

CI 4066 - 4 porţi de

transfer;

alimentare la

10V, ron=150Ω

DG400 de la

Siliconics

ron=20Ω

transfer bidirecțional

Care este tensiunea de iesire in fiecare din cele trei situatii? Justificati raspunsul.

Aplicatie: MUX cu trei canale

Aplicatie: MUX cu trei canale