Familias lógicas

Com a vasta utilização dos CIs, veio a necessidade de conhecer e compreender as características elétricas das famílias logicas dos CIs mais comuns. Existem diversas famílias lógicas diferentes umas das outras, na maioria dos componentes que usam os seus circuitos.

A família logica TTL

O Transistor-Transistor Logic (TTL) é uma designação para circuitos digitais que trabalham em 5V e utilizam transistores bipolares em sua construção. A família TTL é derivada de uma família mais antiga: DTL, Lógica Transistor Diodo. Os transistores bipolares utilizados na TTL possuem vários emissores, multe emissor. A família TTL foi originalmente desenvolvida pela Texas Instruments  mas hoje muitos fabricantes de semicondutores produzem seus principais circuitos. Esta família é principalmente reconhecida pelo fato de ter duas séries que começam pelos números 54 para os componentes de uso militar e 74 para os componentes de uso comercial. A série 54xxx pode trabalhar em uma faixa de temperatura que vai de -55°C a 125°C. Já a série 74xxx trabalha em uma faixa de temperatura mais estreita, 0°C até 70°C.

Na figura 1 mostramos uma porta típica TTL. Trata-se de uma porta NAND de duas entradas que logo chama a atenção pelo fato de usar um transistor de dois emissores.[pic 1]

-Características gerais

-Alimentação (Vcc): 5V

-Níveis de entrada e saída:

VIL 0,8v VOL 0,4v

VIH 2,0v VOH 2,4 v

LOL 400 Ua LIL 40 uA

-Fan-out:

10

-Atraso de propagação:

A especificação técnica nos fornece os atrasos mínimo e máximo.

Tphl – 11 ns

Tplh 7 ns

Potencia dissipada

A potência total requerida pelas portas do CI é de 10 Mw

-Características das Séries:

-TTL padrão, série 74

Versão standart, consumo e atraso médio, sem propriedades únicas

-TTL Schotky, série 74LS

Opera usando computação saturada na qual muitos dos seus transistores estarão saturados. Dessa foram possui um atraso de tempo de armazenamento reduzido.

-TTL Schottky avançada, 74AS

Fornece uma considerável melhoria na velocidade em relação à serie 74LS, com requisitos de potência bem menores.

-TTL fast, 74F

Utiliza uma ser uma técnica para fabricação de circuitos que reduz as capacidades entre os dispositivos internos para alcançar atrasos de propagação reduzidos.

-Paramentros famíliaTTL

A família TTL pode ser encontrada com algumas características especiais em suas entradas e saídas, dentre estas pode-se destacar: open-collector, tri-state, schimitt-trigger.

-Open-collector ou Coletor aberto

Os circuitos TTL com esta característica não possuem o resistor de coletor. Com isso, se faz necessário o uso de um resistor externo, ou seja, a limitação da corrente se dá do lado de fora do circuito, bem como, a tensão de saída pode ser escolhida conforme a necessidade ou aplicação desejada. Vale lembrar que se deve observar as limitações do componente, no que diz respeito aos seus valores nominais de corrente e tensão.

[pic 2]

-Tri-State ou Três estados

Os componentes TTL que operam em três estados (nível baixo, alto e alta impedância), são conhecidos como Tri-state. Quando a saída do dispositivo é colocada em alta impedância o circuito não fornece nem absorve corrente, ou seja, fica com sua saída "em habilitação". As funções tri-state são muito usadas nos circuitos de computadores, nos denominados barramentos de dados ou "data bus" onde diversos circuitos devem aplicar seus sinais ao mesmo ponto ou devem compartilhar a mesma linha de transferência desses dados.

Em muitas máquinas industriais que devem coletar informações de diversos circuitos sensores ao mesmo tempo e, portanto ligados ao mesmo ponto este tipo de lógica também é muito usada, ocorrendo o mesmo com robôs e outros equipamentos mecatrônicos.

[pic 3]

-Schimitt-Trigger

Os dispositivos TTL que possuem entradas Schimitt-Trigger são mais imunes a ruídos, desde que este esteja abaixo da tensão de limiar (negativo ou positivo), a partir deste limiar há a alteração do estado de saída do dispositivo. Este circuito TTL não responde a qualquer variação na entrada, mas sim à variações que estejam acima de um limiar, U2 , no caso de mudança do nível baixo para o alto ou abaixo de um outro limiar, U1 do nível alto para o baixo.

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Figura 3 - Lógica TTL com entrada normal versos entrada Schmitt trigger.

-Circuitos Integrados TTL

A família TTL colocou no mercado uma série de circuitos integrados padronizados com configurações de pinagens disponíveis nos manuais dos fabricantes. São Circuitos Integrados de 14 pinos ou mais, confirme a complexidade da função, com encapsulamento DIP (Dual-In-Line Package).

OS CIRCUITO INTEGRADO CMOS

CMOS significa Complementary Metal-Oxide Semiconductor e se refere a um tipo de tecnologia que utiliza transistores de efeito de campo ou Field Effect Transistor (FET) em lugar dos transistores bipolares comuns (como nos circuitos TTL) na construção de circuitos integrados muito usada em microprocessadores, microcontroladores, Memórias RAM e outros  circuitos Digitais.  

Os transistores de efeito de campo usados nos circuitos integrados CMOS ou MOSFETs têm a estrutura básica mostrada na figura 1 onde também aparece seu símbolo.

[pic 5]

-Características gerais

- Alimentação (Vdd): quanto à tensão de alimentação, esta família permite para as séries 4000 e 74C operarem na faixa de 3V a 15V, para a versão HC de 2V a 6V e para HCT de 4,5V a 5,5V. Para as séries de baixa voltagem, a faixa é de 1V a 3,6V para LV e 1,2V a 3,3V, tensão típica de vários sistemas atuais.

- Níveis de tensão e corrente de entrada e saída: De maneira geral, apresentam De maneira geral, apresentam nas entradas, valores de VIL(máx.) iguais a 30% do VDD e VIH(min.) iguais a 70%, com exceção da versão HCT que possui estes níveis iguais a TTL-LS. Nas saídas dos blocos, devido principalmente ao baixo consumo de corrente na ligação com o bloco seguinte , apresentam valores muito próximos a 0V (VOL máx) e VDD (VOH min).