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DISPOSITIVI E CIRCUITI INTEGRATI Corso di recupero in Fondamenti di Elettronica – Università di Palermo A.A. 2014-2015.

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1 DISPOSITIVI E CIRCUITI INTEGRATI Corso di recupero in Fondamenti di Elettronica – Università di Palermo A.A

2 Preparazione del monocristallo: Metodo di Czocralsky

3 Tecnologia planare 1) formazione dello strato epitassiale 2) formazione dello strato di biossido di silicio 3) rimozione selettiva del biossido tramite fotolitografia 4) diffusione o impiantazione ionica delle impurità droganti 5) metallizzazione

4 Fotolitografia SiO 2 Si - Ossidazione SiO 2 Si fotoresist - Preparazione per la fotolitografia - Esposizione attraverso la maschera lastra di vetro con zone opache luce U.V. - Rimozione del resist esposto (sviluppo) - Attacco del SiO 2 con acido fluoridrico - Rimozione del resist non esposto - Introduzione delle impurità (drogaggio)

5 Esempio di dispositivo integrato (CMOS)

6 Carico attivo i v v = R D i 1/ R D V DD v GS = 0 v gs2 = 0 (r o2 » R D ) retta di carico

7 Evoluzione famiglie logiche SSI (Small Scale Integration), massimo di dieci porte logiche VLSI (Very Large Scale Integration), numero di porte logiche > mille MSI (Medium Scale Integration), da dieci a cento porte logiche LSI (Large Scale Integration), da cento a mille porte logiche 1,5 ns 4 pJ SSI, MSI, LSI VLSI

8 Caratteristiche famiglie logiche Tensione di alimentazione V CC TTL CMOS 4,5-5,5 V 3-18 V Corrente di alimentazione I CC 10 mA ≈ 0 Potenza dissipata P d 10 mW 10 nW Livelli di tensione di ingresso e di uscita: V ILmax V IHmin V OLmax V OHmin 0,8 V V CC /3 2 V 2·V CC /3 0,4 V ≈ 0 2,4 V ≈ V CC 0 V ILmax V IHmin V CC circuito integrato 0 V OLmax V OHmin V CC

9 Caratteristiche famiglie logiche TTL CMOS Livelli di corrente di ingresso e di uscita: I ILmax I IHmax I OLmax I OHmax 1,6 mA 1 pA 40  A 1 pA 16 mA 1 mA 400  A 1 mA

10 Caratteristiche famiglie logiche Fan-out sul livello alto TTL CMOS Fan-out sul livello basso Corrente di cortocircuito I os 30 mA 5 mA Tempi di commutazione t p = 10 ns 100 ns

11 MOSFET in commutazione V GS > V t V GS < V t V o = V DS(ON) V o = V DD V DS(ON) R D » r ON

12 Famiglia CMOS inverter Conduzione: V GS > V t (positiva) Conduzione: V GS < V t (negativa) 0 = -V DD = V DD V DD = 0 = NMOS PMOS

13 Famiglia CMOS

14 CMOS: protezione ingressi

15 CMOS: dissipazione di potenza

16 Caratteristiche CMOS

17 Open collector/open drain Si può alimentare la resistenza di pull-up R C con una tensione diversa da quella propria della porta logica

18 Buffer (Driver) Pilotaggio di lampade, relè, linee, ecc. Uscita (tipica) in open drain I OL(max) = 40 mA 0 R L = 1,3 k  = 18 mA (< 40 mA) 1 V OH(max) = 30 V

19 Porte three-state AGY ×0Z AGY ×1Z = 1 = 0 L’ingresso d’abilitazione deve rendere interdetti entrambi i MOSFET

20 Trigger di Schmitt jitter

21 Porte di trasmissione = 0 = 1 Se C = 1 i transistor sono accesi e i punti 1 e 2 sono connessi dalla bassa r ON dei due MOSFET in parallelo Se C = 0 i transistor sono entrambi interdetti e 1 e 2 sono scollegati

22 Pilotaggio TTL-LED Con ACMOS-ACTMOS:

23 Pilotaggio CMOS (4000B)-LED oppure per aumentare la corrente d’uscita… max 0,44 mA … e in tutti quei casi in cui non si è sicuri se l’integrato è in grado di erogare corrente sufficiente a fare accendere i LED


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