Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Οικογένειες Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ψηφιακής Λογικής

Σχετικά έγγραφα
Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 3ο.. Λιούπης

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (5 η σειρά διαφανειών)

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 2ο.. Λιούπης

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 4ο.. Λιούπης

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (2 η σειρά διαφανειών)

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Δίοδοι, BJT και MOSFET ως Διακόπτες 2

Ενότητα 3 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 6ο.. Λιούπης

.Λιούπης Μ.Στεφανιδάκης

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων. Δεληγιαννίδης Σταύρος Φυσικός, MsC in Microelectronic Design

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (9 η σειρά διαφανειών)

Δεύτερο Σετ Φροντιστηριακών ασκήσεων Ψηφιακών Ηλεκτρονικών. Δρ. Χ. Μιχαήλ

4.2 Αναπαράσταση δυαδικών τιμών στα ψηφιακά κυκλώματα

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων 6: Ταχύτητα Κατανάλωση Ανοχή στον Θόρυβο

1) Ταχύτητα. (Χρόνος καθυστερήσεως της διαδόσεως propagation delay Tpd ). Σχήμα 11.1β Σχήμα 11.1γ

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 1ο.. Λιούπης

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Λογική Τρανζίστορ-Τρανζίστορ. Διάλεξη 3

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 5ο.. Λιούπης

Λογικά Κυκλώματα με Διόδους, Αντιστάσεις και BJTs. Διάλεξη 2

Φροντιστήριο Ψηφιακών Ηλεκτρονικών

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Τρίτο Σετ Φροντιστηριακών ασκήσεων Ψηφιακών Ηλεκτρονικών. Δρ. Χ. Μιχαήλ

Κεφάλαιο 2 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab

Κεφάλαιο 9 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. CMOS Λογικές ομές 2

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ

10. Χαρακτηριστικά στοιχεία λογικών κυκλωμάτων

Βασικές CMOS Λογικές οικογένειες (CMOS και Domino)

.Λιούπης. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Ακεραιότητα Ψηφιακού Σήµατος 1

Τρανζίστορ διπολικής επαφής (BJT)

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Τ.Ε. ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ.

Εισαγωγή στα ψηφιακά κυκλώματα. Διάλεξη 1

Εισαγωγή στις κρυσταλλολυχνίες (Transistors)

Εργαστηριακή άσκηση. Θεωρητικός και πρακτικός υπολογισμός καθυστερήσεων σε αναστροφείς CMOS VLSI

PWM (Pulse Width Modulation) Διαμόρφωση εύρους παλμών

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ MOS KAI CMOS

Εισαγωγή. Στατική Λειτουργία V DD Q P Q N Q N =SAT QP=LIN QN=LIN Q P =SAT. Vi (Volts)

Καθυστέρηση στατικών πυλών CMOS

Ο BJT Αναστροφέας. Στατική Ανάλυση. Δεδομένα. Ο Απλός BJT Αναστροφέας

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (8 η σειρά διαφανειών)

Πολυσύνθετες πύλες. Διάλεξη 11

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων. Συνδιαστικά Λογικά Κυκλώματα / Ολοκληρωμένα Κυκλώματα 1

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Πολυδονητές. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ. Μπακάλης

Μνήμες RAM. Διάλεξη 12

Κεφάλαιο 3. Λογικές Πύλες

Επιπλέον, για ευκολία στις πράξεις ορίζουμε τις παρακάτω μεταβλητές

Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο Περίληψη

Λογικά Κυκλώματα CMOS. Διάλεξη 5

Εργαστήριο Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI Υπεύθυνος καθηγητής Πλέσσας Φώτιος

Ερωτήσεις στην ενότητα: Γενικά Ηλεκτρονικά

Τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (FET) Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Μικροηλεκτρονική - VLSI

ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 5

ΘΕΜΑ : ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 1 περιόδος. 24/11/ :09 Όνομα: Λεκάκης Κωνσταντίνος καθ. Τεχνολογίας

ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ECL (Emitter Coupled Logic) Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 ΚαθηγητήςΚωνσταντίνοςΕυσταθίου

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (3 ο σειρά διαφανειών)

Κεφάλαιο Τρία: Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

4/10/2008. Στατικές πύλες CMOS και πύλες με τρανζίστορ διέλευσης. Πραγματικά τρανζίστορ. Ψηφιακή λειτουργία. Κανόνες ψηφιακής λειτουργίας

Λογικά Κυκλώματα NMOS. Διάλεξη 4

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

«Ενισχυτές ενός τρανζίστορ και πολλών τρανζίστορ»

Καθυστέρηση αντιστροφέα και λογικών πυλών CMOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Υλοποίηση λογικών πυλών µε τρανζίστορ MOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 5

Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (1 η σειρά διαφανειών)

Δυναμική συμπεριφορά των λογικών κυκλωμάτων MOS. Διάλεξη 10

Copyright, 2006 ΚΑΓΙΑΜΠΑΚΗΣ ΜΑΝΟΣ

ΗΥ335: Προχωρημένη Ηλεκτρονική. «Βαθμίδες Εξόδου» Φώτης Πλέσσας UTH ΤHMMY

Ταλαντωτές. Ηλεκτρονική Γ Τάξη Β εξάμηνο Μάρτιος 2011 Επ. Καθ. Ε. Καραγιάννη

Κεφάλαιο 1 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. CMOS Κυκλώματα 2

2. ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ. e-book ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΑΣΗΜΑΚΗΣ-ΒΟΥΡΒΟΥΛΑΚΗΣ- ΚΑΚΑΡΟΥΝΤΑΣ-ΛΕΛΙΓΚΟΥ 1

ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ;

Ηλεκτρονικά Ισχύος. ίοδος

Άσκηση 10 Στοιχεία ηλεκτρονικής τεχνολογίας

Ψηφιακή Λογική και Σχεδίαση

Κεφάλαιο 4 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Λογικός Φόρτος 2

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI.

Εργαστηριακή άσκηση. Θεωρητικός και πρακτικός υπολογισμός καθυστερήσεων σε λογικά δίκτυα πολλών σταδίων

Ενισχυτικές Διατάξεις 1. Πόλωση BJT

Εισαγωγή στα κυκλώµατα CMOS 2

ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΙ ΚΑΙ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΟΙ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 2

ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων. Δεληγιαννίδης Σταύρος Φυσικός, MsC in Microelectronic Design

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Ενίσχυση Κέρδους (Gain Boosting)

1993 (Saunders College 1991). P. R. Gray, P. J. Hurst, S. H. Lewis, and R. G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 4th ed.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Περιεχόμενα. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Μοντέλα για Ενεργές Συσκευές Ολοκληρωμένου Κυκλώματος. 1.1 Εισαγωγή

Γιάννης Λιαπέρδος ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ. Κριτική Ανάγνωση: Αγγελική Αραπογιάννη. Επιμέλεια πολυμεσικού διαδραστικού υλικού: Γιώργος Θεοφάνους

Τελεστικοί Ενισχυτές. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Άσκηση 6 ΔΙΟΔΟΣ ZENER ΚΑΙ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΤΕΣ ΤΑΣΗΣ

i Το τρανζίστορ αυτό είναι τύπου NMOS. Υπάρχει και το συμπληρωματικό PMOS. ; Τι συμβαίνει στο τρανζίστορ PMOS; Το τρανζίστορ MOS(FET)

Transcript:

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Οικογένειες Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ψηφιακής Λογικής Επιμέλεια Διαφανειών: Δ. Μπακάλης Πάτρα, Φεβρουάριος 2009 Περιεχόμενα Βασικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά πυλών Λογικές πύλες Resistor Transistor Logic (RTL) Λογικές πύλες Diode Transistor Logic (DTL) Λογικές πύλες Transistor Transistor Logic (TTL) Οικογένειες πυλών TTL Λογικές πύλες nmos Λογικές πύλες CMOS και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 2 2

Λογικές Στάθμες Τάσης V OHmin = ελάχιστη τάση εξόδου της πύλης για λογικό 1 V IHmin = ελάχιστη τάση εισόδου της πύλης για λογικό 1 V OLmax = μέγιστη τάση εξόδου της πύλης για λογικό 0 V ILmax = μέγιστη τάση εισόδου της πύλης για λογικό 0 V NH = V OHmin -V IHmin V NL = V ILmax -V OLmax και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 3 3 Φορές Ρευμάτων Κατά σύμβαση, το ρεύμα έχει θετικό πρόσημο όταν εισέρχεται σε μία συσκευή (sink current) και αρνητικό πρόσημο όταν εξέρχεται από αυτή (source current). και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 4 4

Ρεύματα Τροφοδοσίας I CCL = ρεύμα τροφοδοσίας μιας πύλης για έξοδο LOW. I CCH = ρεύμα τροφοδοσίας μιας πύλης για έξοδο HIGH. I CC(av) = μέσο ρεύμα τροφοδοσίας της πύλης = (I CCL +I CCH )/2 P (av) = μέση κατανάλωση ισχύος της πύλης = V CC I CC(av) και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 5 5 Καθυστέρηση Διάδοσης t PHL = καθυστέρηση διάδοσης για μετάβαση της εξόδου από 1 σε 0. t PLH = καθυστέρηση διάδοσης για μετάβαση της εξόδου από 0 σε 1. t rise = χρόνος ανόδου ενός σήματος t fall = χρόνος καθόδου ενός σήματος και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 6 6

Οδηγητική Ικανότητα Fanout = το μέγιστο πλήθος των εισόδων όμοιων πυλών που μπορούν να οδηγηθούν αξιόπιστα από την έξοδο μιας πύλης. Το fanout μιας πύλης ορίζεται με βάση το λόγο των ρευμάτων εισόδου και εξόδου στην πύλη: FO = min(fo H, FO L ) FO H = I OHmax /I IHmax FO L = I OLmax /I ILmax Fanin = το πλήθος των εισόδων μιας πύλης. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 7 7 Resistor Transistor Logic (RTL) - NOT Όταν V in = L, τότε το τρανσίστορ είναι σε αποκοπή και V out = H. Όταν V in = H, τότε το τρανσίστορ έρχεται στον κόρο και V out = L. Τα σημεία της χαρακτηριστικής μεταφοράς με κλίση -1 καθορίζουν τα V IL, V OH, V IH, V OL. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 8 8

Resistor Transistor Logic (RTL) - NOR Όταν όλες οι είσοδοι είναι στο L, τότε όλα τα τρανσίστορ είναι σε αποκοπή και V out = H. Όταν έστω μία είσοδος είναι στο Η, τότε τουλάχιστον ένα τρανσίστορ είναι στον κόρο και επομένως V out = L. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 9 9 Resistor Transistor Logic (RTL) - NAND Όταν όλες οι είσοδοι είναι στο H, τότε όλα τα τρανσίστορ άγουν και V out = L. Όταν έστω μία είσοδος είναι στο L, τότε ένα από τα τρανσίστορ έρχεται στην αποκοπή και επομένως V out = H. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 10 10

Resistor Transistor Logic - RTL Οι λογικές πύλες RTL παρουσιάζουν ικανοποιητική καθυστέρηση διάδοσης (12ns) και κατανάλωση ισχύος (16mW) αλλά έχουν μικρά περιθώρια θορύβου (~0.4V) και μικρή οδηγητική ικανότητα (5). Αντικαταστάθηκαν από τις λογικές πύλες DTL. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 11 11 Diode Transistor Logic (DTL) - NOT Όταν η είσοδος είναι στο Η, τότε η δίοδος της εισόδου είναι σε αποκοπή. Το ρεύμα μέσω της άλλης διόδου οδηγεί το τρανσίστορ στον κόρο και την έξοδο στο L. Όταν η είσοδος είναι στο L, τότε το δυναμικό μεταξύ των διόδων (V IN +V D ) δεν είναι αρκετό ώστε να οδηγήσει το τρανσίστορ σε αγωγή (V BE +V D ) και επομένως η έξοδος είναι στο H. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 12 12

Diode Transistor Logic (DTL) - NOR Όταν όλες οι είσοδοι είναι στο L, τότε όλες οι δίοδοι εισόδων άγουν και τα τρανσίστορ είναι σε αποκοπή και V out = H. Όταν έστω μία είσοδος είναι στο Η, τότε το αντίστοιχο τρανσίστορ είναι στον κόρο και επομένως V out = L. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 13 13 Diode Transistor Logic (DTL) - NAND Όταν όλες οι είσοδοι είναι στο H, τότε όλες οι δίοδοι εισόδων δεν άγουν, το τρανσίστορ έρχεται σε αγωγή και V out = L. Όταν έστω μία είσοδος είναι στο L, τότε η αντίστοιχη δίοδος εισόδου άγει με αποτέλεσμα το τρανσίστορ να έρχεται στην αποκοπή και επομένως V out = H. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 14 14

Diode Transistor Logic - DTL Η παρουσία των διόδων στις εισόδους εξασφαλίζει απομόνωση μεταξύ διαδοχικών πυλών με αποτέλεσμα την μεγαλύτερη οδηγητική ικανότητα. Αντικαταστάθηκαν από τις λογικές πύλες ΤTL. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 15 15 Τρανσίστορ Πολλαπλών Εκπομπών Οι λογικές πύλες TTL χρησιμοποιούν τρανσίστορ πολλαπλών εκπομπών. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 16 16

Transistor Transistor Logic (TTL) - NOT Όταν η είσοδος είναι στο Η, τότε το τρανσίστορ της εισόδου είναι σε ανάστροφη λειτουργία, οδηγεί το τρανσίστορ εξόδου στον κόρο και την έξοδο στο L. Όταν η είσοδος είναι στο L, τότε το τρανσίστορ της εισόδου είναι στον κόρο, οδηγεί το τρανσίστορ της εξόδου σε αποκοπή και επομένως η έξοδος είναι στο H. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 17 17 Transistor Transistor Logic (TTL) - NOR Όταν όλες οι είσοδοι είναι στο L, τότε τα τρανσίστορ στην έξοδο είναι σε αποκοπή και V out = H. Όταν έστω μία είσοδος είναι στο Η, τότε το αντίστοιχο τρανσίστορ εξόδου είναι στον κόρο και επομένως V out = L. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 18 18

Transistor Transistor Logic (TTL) - NAND Όταν όλες οι είσοδοι είναι στο H, τότε το τρανσίστορ πολλαπλών εκπομπών βρίσκεται σε ανάστροφη λειτουργία, το τρανσίστορ εξόδου έρχεται σε αγωγή και V out = L. Όταν έστω μία είσοδος είναι στο L, τότε το τρανσίστορ πολλαπλών εκπομπών βρίσκεται στον κόρο με αποτέλεσμα το τρανσίστορ εξόδου να έρχεται στην αποκοπή και επομένως V out = H. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 19 19 Transistor Transistor Logic (TTL) - NAND Η τυπική λογική πύλη NAND αντικαθιστά την αντίσταση της εξόδου με το τρανσίστορ Τ4 (κύκλωμα εξόδου totem-pole) ώστε να μειώσει την αντίσταση εξόδου της πύλης. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 20 20

Transistor Transistor Logic (TTL) - NAND Κύκλωμα εισόδου: τρανσίστορ πολλαπλού εκπομπού. Όταν μία είσοδος είναι στο L, τότε το τρανσίστορ οδηγείται στον κόρο και το Τ2 στην αποκοπή. Όταν όλες οι είσοδοι είναι στο H, τότε το τρανσίστορ είναι σε ανάστροφη λειτουργία και επομένως το ρεύμα συλλέκτη οδηγείται στη βάση του Τ2 και το οδηγεί σε αγωγή. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 21 21 Transistor Transistor Logic (TTL) - NAND Κύκλωμα οδήγησης: Οδηγείται από το συλλέκτη του Τ1 και οδηγεί συμπληρωματικά τα τρανσίστορ Τ3 και Τ4. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 22 22

Transistor Transistor Logic (TTL) - NAND Κύκλωμα εξόδου: Αποτελείται από δύο ενεργά στοιχεία (τρανσίστορ) ανύψωσης (Τ4) και καταβύθισης δυναμικού (Τ3) τα οποία λειτουργούν συμπληρωματικά. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 23 23 Λειτουργία πύλης TTL - NAND Όταν μία είσοδος είναι σε κατάσταση L, τότε Τ1=κόρο, Τ2=αποκοπή, Τ3=αποκοπή και Τ4=ενεργό περιοχή. Τότε η έξοδος (χωρίς φορτίο) είναι V Ο =V OH = V CC -V BE -V D 3.8V και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 24 24

Λειτουργία πύλης TTL - NAND Όταν όλες οι είσοδοι είναι σε κατάσταση Η, τότε Τ1=ανάστροφη λειτουργία, Τ2=κόρο, Τ3=κόρο και Τ4=αποκοπή (λόγω της διόδου). Τότε η έξοδος (χωρίς φορτίο) είναι V Ο = V OL = V CΕ 0.2V και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 25 25 Χαρακτηριστική μεταφοράς πύλης TTL Περιοχή V IN Vo Q1 Q2 Q3 Q4 έως το a 0 έως 0.5 3.6 κόρο αποκοπή αποκοπή ενεργό a έως b 0.5 έως1.2 3.6 έως 2.5 κόρο ενεργό ενεργό b έως c 1.2 έως 1.3 2.5 έως 0.8 κόρο ενεργό ενεργό ενεργό c έως d 1.3 έως 1.4 0.8 έως 0.2 κόρο ενεργό-κόρο ενεργό-κόρο ενεργό-αποκοπή μετά το d >1.4 0.2 ανάστροφη κόρο κόρο αποκοπή και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 26 26

Χαρακτηριστική μεταφοράς πύλης TTL 7400 4.75V V CC 5.25V 0 C T 70 C και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 27 27 Οδηγητική ικανότητα και Ρεύματα Η οδηγητική ικανότητα μιας τυπικής πύλης TTL είναι ίση με 10. Όταν η έξοδος είναι σε κατάσταση L, τότε καταβυθίζει ρεύμα μέσω του τρανσίστορ Τ3. Για Ι ILmax = -1.6mA I OLmax = 16mA Όταν η έξοδος είναι σε κατάσταση H, τότε παρέχει ρεύμα μέσω των R C4, T4, D. Για Ι ΙΗmax = 40μΑ I OHmax = -0.4mA και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 28 28

Καθυστέρηση διάδοσης Χαρακτηριστικές τιμές καθυστέρησης διάδοσης για μία πύλη 7400 είναι: t PHL ~ 7ns και t PLH ~ 11ns (για V CC =5V, T=25 C και χωρητικότητα φορτίου εξόδου 15pF). Η μετάβαση της εξόδου από τo L στο H αργεί καθώς το Τ3 βρίσκεται στον κόρο ενώ το Τ4 μεταβαίνει στην ενεργό περιοχή. Η μέγιστη συχνότητα λειτουργίας είναι: f max =1/(t PLH +t PHL ) 55MHz. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 29 29 Κατανάλωση Ισχύος Η στατική κατανάλωση ισχύος δίνεται από το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος τροφοδοσίας: P = V CC I CC. Το ρεύμα τροφοδοσίας εξαρτάται από την έξοδο της πύλης. Τυπικές τιμές για μία πύλη 7400 είναι: I CCHmax = 8mA και I CCLmax = 22mA. Δυναμική κατανάλωση ισχύος εμφανίζεται στην πύλη λόγω των αιχμών ρεύματος που δημιουργούνται κατά την αλλαγή κατάστασης της εξόδου της πύλης. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 30 30

Αχρησιμοποίητες είσοδοι και πύλες Μία ασύνδετη είσοδος σε μία πύλη TTL συμπεριφέρεται σαν να είναι στην κατάσταση H αλλά αποτελεί πηγή εισόδου θορύβου στο κύκλωμα. Οι αχρησιμοποίητες είσοδοι πυλών θα πρέπει να συνδέονται είτε παράλληλα με άλλες χρησιμοποιούμενες εισόδους είτε στην τάση τροφοδοσίας (V CC ή GND). Οι αχρησιμοποίητες πύλες σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα πρέπει να οδηγούνται σε κατάσταση εξόδου H ώστε να επιτυγχάνεται μικρότερη κατανάλωση ισχύος. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 31 31 Χαμηλής Ισχύος TTL 74L Χρησιμοποιεί αυξημένες τιμές αντιστατών. Έχει το 1/10 της κατανάλωσης ισχύος (1mW) τηςβασικήςπύλης αλλά και αρκετά μεγαλύτερη καθυστέρηση διάδοσης (33ns). και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 32 32

Υψηλής Ταχύτητας TTL 74H Χρησιμοποιεί μειωμένες τιμές αντιστατών και ζευγάρι Darlington στη βαθμίδα εξόδου. Έχει διπλάσια κατανάλωση ισχύος (22mW) από τη βασική πύλη αλλά και τη μισή καθυστέρηση διάδοσης (6ns). και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 33 33 Schottky TTL 74S Χρησιμοποιεί διόδους και τρανσίστορ Schottky. Κατανάλωση ισχύος (20mW) Καθυστέρηση διάδοσης (3ns). και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 34 34

Χαμηλής Ισχύος Schottky TTL 74LS Χρησιμοποιεί διόδους και τρανσίστορ Schottky και μεγαλύτερους αντιστάτες. Κατανάλωση ισχύος (2mW) Καθυστέρηση διάδοσης (10ns). και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 35 35 Οικογένειες Πυλών TTL PERFORMANCE CHARACTERISTICS (TA=25 o C) Series 74 Series 74S Series 74LS min VOH / max VOL 2.4 V / 0.4 V 2.7 V / 0.5 V 2.7 V / 0.5 V min VIH / max VIL 2.0 V / 0.8 V 2.0 V / 0.8 V 2.0 V / 0.8 V min IOH / min IOL -0.4mA / 16mA -.0mA / 20mA -0.4mA / 8mA ma x IIH / max IIL 40μA / -1.6mA 50μA / -2.0mA 20μA / -0.4mA Typical propagation delay time 10ns 3ns 10ns Typical power dissipation per gate 10mW 20mW 2mW Series 74F Series 74AS Series 74ALS min VOH / max VOL 2.7 V / 0.5 V 2.7 V / 0.5 V 2.7 V / 0.5 V min VIH / max VIL 2.0 V / 0.8 V 2.0 V / 0.8 V 2.0 V / 0.8 V min IOH / min IOL -1.0mA / 20mA -2.0mA / 20mA -0.4mA / 4mA ma x IIH / max IIL 20μA / -0.6mA 0.2mA / -2.0mA 20μA / -0.2mA Typical propagation delay time 2.5ns 1.5ns 4ns Typical power dissipation per gate 4mW 20mW 1mW και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 36 36

Οικογένειες πυλών TTL Σειρά 54.. / 74.. Γινόμενο Ταχύτητας- Ισχύος (pj) Xρόνος Καθυστέρησης Διαδόσεως (ns) Κατανάλωση Ισχύος (mw) ALS 4 4 1 F 10 2.5 4 LS 19 9.5 2 AS 30 1.5 20 L 33 33 1 S 57 3 19 (Βασική) 100 10 10 H 132 6 22 και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 37 37 BJT και MOS Τρανσίστορ Πλεονεκτήματα MOS τρανσιστορ σε σχέση με τα BJT: Μικρότερο μέγεθος Χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος Ευκολία κατασκευής σε ολοκληρωμένο κύκλωμα Υψηλή εμπέδηση εισόδου Μειονεκτήματα MOS τρανσίστορ σε σχέση με τα BJT: Μικρότερη ταχύτητα Ευαισθησία καταστροφής από υψηλά ηλεκτρικά πεδία και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 38 38

nmos - NOT R V DD g d V out V IN s Όταν η είσοδος είναι στην κατάσταση L, τότε το τρανσίστορ είναι σε αποκοπή και η έξοδος γίνεται Η. Όταν η είσοδος είναι σε κατάσταση Η, τότε το τρανσίστορ άγει και η έξοδος γίνεται L. Αντί του αντιστάτη ανύψωσης μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε nmos το οποίο να άγει μόνιμα. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 39 39 nmos - NOR R V DD V out A B C Τα τρανσίστορ εισόδου είναι συνδεδεμένα παράλληλα. Όταν μία είσοδος είναι σε κατάσταση Η, τότε το τρανσίστορ άγει και η έξοδος γίνεται L. Όταν όλες οι είσοδοι είναι σε κατάσταση L, τότε όλα τα τρανσίστορ είναι σε αποκοπή και η έξοδος γίνεται H. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 40 40

nmos - NAND Τα τρανσίστορ των εισόδων είναι συνδεδεμένα σε σειρά. Όταν μία είσοδος είναι σε κατάσταση L, τότε το αντίστοιχο τρανσίστορ βρίσκεται σε αποκοπή και η έξοδος γίνεται H. Όταν όλες οι είσοδοι είναι σε κατάσταση H, τότε όλα τα τρανσίστορ είναι σε αγωγή και η έξοδος γίνεται L. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 41 41 CMOS - NOT Outputs Input n-channel p-channel L OFF ON H ON OFF Η οικογένεια CMOS λογικών πυλών παρουσιάζει πολύ χαμηλή κατανάλωση ισχύος και υψηλά περιθώρια θορύβου. Χρησιμοποιούνται τρανσίστορ nmos και pmos. Όταν η είσοδος είναι στην κατάσταση L, τότε το nmos τρανσίστορ είναι σε αποκοπή, το pmos τρανσίστορ είναι σε αγωγή και η έξοδος γίνεται Η. Όταν η είσοδος είναι σε κατάσταση Η, τότε το nmos τρανσίστορ άγει, το pmos τρανσίστορ δεν άγει και η έξοδος γίνεται L. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 42 42

CMOS - NOR Χρησιμοποιούνται τρανσίστορ nmos παράλληλα και pmos σε σειρά. Όταν μία είσοδος είναι σε κατάσταση Η, τότε το αντίστοιχο nmos τρανσίστορ βρίσκεται στον κόρο ενώ το αντίστοιχο τρανσίστορ pmos είναι στην αποκοπή και επομένως η έξοδος γίνεται L. Όταν όλες οι είσοδοι είναι σε κατάσταση L, τότε όλα τα nmos τρανσίστορ είναι σε αποκοπή ενώ όλα τα pmos τρανσίστορ είναι σε αγωγή και επομένως η έξοδος γίνεται H. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 43 43 CMOS - NAND Χρησιμοποιούνται τρανσίστορ nmos σε σειρά και pmos παράλληλα. Όταν μία είσοδος είναι σε κατάσταση L, τότε το αντίστοιχο pmos τρανσίστορ βρίσκεται στον κόρο ενώ το αντίστοιχο τρανσίστορ nmos είναι στην αποκοπή και επομένως η έξοδος γίνεται H. Όταν όλες οι είσοδοι είναι σε κατάσταση H, τότε όλα τα pmos τρανσίστορ είναι σε αποκοπή ενώ όλα τα nmos τρανσίστορ είναι σε αγωγή και επομένως η έξοδος γίνεται H. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 44 44

Χαρακτηριστική Μεταφοράς CMOS Τυπική τάση τροφοδοσίας μεταξύ +3V και +16V. Η στενή περιοχή μετάβασης συνεπάγεται υψηλή ανοσία στο θόρυβο. Η τάση κατωφλίου ισούται περίπου στο 50% της τάσης τροφοδοσίας. Τυπικές τιμές V ILmax =0.3V DD και V IHmin =0.7V DD. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 45 45 Κατανάλωση ισχύος και Αιχμές Ρεύματος Η στατική κατανάλωση ισχύος είναι πολύ μικρή. Η δυναμική κατανάλωση ισχύος εξαρτάται από τη συχνότητα λειτουργίας, την τάση τροφοδοσίας και τις εσωτερικές χωρητικότητες (P D = fcv 2 ). Κατά τη διάρκεια εναλλαγής κατάστασης, τα δύο τρανσίστορ βρίσκονται ταυτόχρονα σε αγωγή με αποτέλεσμα την εμφάνιση αιχμών ρεύματος στην τροφοδοσία. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 46 46

Καθυστέρηση Διάδοσης Τυπικές τιμές της καθυστέρησης διάδοσης: t PLH =t PHL =60ns (για V DD =5V και C L =15pF) t PLH =t PHL =25ns (για V DD =10V και C L =15pF) και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 47 47 Οδηγητική ικανότητα Σε σταθερή λογική κατάσταση οι είσοδοι δεν διαρρέονται από ρεύμα (είναι της τάξης των pa) επομένως μια έξοδος θα μπορούσε να οδηγήσει απεριόριστες εισόδους. To fanout περιορίζεται από την αύξηση της καθυστέρησης διάδοσης λόγω της φόρτισης/εκφόρτισης του χωρητικού φορτίου. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 48 48

Αχρησιμοποίητες είσοδοι Οι ασύνδετες είσοδοι δεν παρέχουν ούτε H ούτε L αλλά αποτελούν πηγές εισαγωγής θορύβου στην πύλη και προκαλούν αύξηση της κατανάλωσης. Οι είσοδοι που δεν χρησιμοποιούνται θα πρέπει να συνδέονται στο V DD ήστοv SS. και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 49 49 Βιβλιογραφία 1. Ηλεκτρονικά Ψηφιακά Κυκλώματα, Θ. Δεληγιάννης, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Πατρών, 2005 2. Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα TTL-CMOS, Α. Σκόδρας, 1997 3. Σημειώσεις Ψηφιακών Ηλεκτρονικών, Δ. Λιούπης και Μ. Στεφανιδάκης, Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, Παν/μιο Πατρών 4. Circuit Simulator Applet, http://www.falstad.com και Μετρητές Ψηφιακής Κυκλώματα Λογικής 50 50