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C.E.A.D.5.1 CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI E DIGITALI LEZIONE N° 5 (3 ore) Inverter a BJTInverter a BJT Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di.

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1 C.E.A.D.5.1 CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI E DIGITALI LEZIONE N° 5 (3 ore) Inverter a BJTInverter a BJT Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento Inverter idealeInverter ideale Margini di rumoreMargini di rumore Fan-in e Fan-outFan-in e Fan-out Tempi di ritardoTempi di ritardo Dissipazione di potenzaDissipazione di potenza

2 C.E.A.D.5.2 Richiami Giunzione p-nGiunzione p-n Circuiti equivalentiCircuiti equivalenti Logica a diodi e resistenzeLogica a diodi e resistenze Limiti della logica a diodi e resistenzeLimiti della logica a diodi e resistenze Transistore bipolare (BJT)Transistore bipolare (BJT) Caratteristiche d’ingresso e d’uscitaCaratteristiche d’ingresso e d’uscita Circuiti equivalentiCircuiti equivalenti

3 C.E.A.D.5.3 Inverter a BJT V BB = 0 ÷ 5 V V CC = 5 V R B = 200 K  R C = 5 K  R C = 5 K   = 200) V BB RBRB RCRC V CC VUVU

4 C.E.A.D.5.4 Passo A V BB < 0.7 VEquazioniV BB < 0.7 VEquazioni V BB RBRB RCRC V CC VUVU

5 C.E.A.D.5.5 Passo B V BB > 0.7 V V BB > 0.7 V Vero per Vu > 0.2 VVero per Vu > 0.2 V VV V BB RBRB RCRC V CC VUVU   IB  IB

6 C.E.A.D.5.6 Passo C V BB > 1.66 V V BB > 1.66 V VV V BB RBRB RCRC V CC VUVU V CESAT

7 C.E.A.D.5.7 Caratteristica ingresso- uscita A Interdizione B C Saturazione Lineare VIVI VUVU

8 C.E.A.D.5.8 Inverter ideale A B VIVI VUVU INV VIVI VUVU InOut VIVIVIVI VUVUVUVU<2.55 >2.50

9 C.E.A.D.5.9 Inverter Reale IngressoIngresso –0 logico –V I < 0.7 V –1 logico –V I > 1.66 V UscitaUscita –0 logico –V u = 0.2 V –1 logico –V I = 5 V A Interdizione B C Saturazione Lineare VIVI VUVU

10 C.E.A.D.5.10 Margini di rumore 1 Caratteristica genericaCaratteristica generica VIVI VUVU

11 C.E.A.D.5.11 Margini di rumore 2 QuesitoQuesito –Dati due inverter in cascata, quali valori deve assumere l’uscita del primo affinché il secondo interpreti “giustamente” l’ingresso? V OH V OL V IH V IL

12 C.E.A.D.5.12 Determinazione dei margini Punto della caratteristica dove èPunto della caratteristica dove è VIVI VUVU V OH V OL V IH V IL

13 C.E.A.D.5.13 Margini di rumore 3 Inverter IdealeInverter Ideale V IL = V IH = 2.5 VV IL = V IH = 2.5 V V OL = 0 VV OL = 0 V V OH = 5 VV OH = 5 V N ML = N MH = 2.5 VN ML = N MH = 2.5 V 5 0 V OH VIVI VUVU V OL V IL =V OH

14 C.E.A.D.5.14 Margini di rumore 4 Inverter RealeInverter Reale V IL = 0.7 VV IL = 0.7 V V IH = 1.66 VV IH = 1.66 V V OL = 0.2 VV OL = 0.2 V V OH = 5 VV OH = 5 V N ML = = 0.5 VN ML = = 0.5 V N MH = = 3.34 VN MH = = 3.34 V A B C VIVI VUVU

15 C.E.A.D.5.15 Margini di rumore 5 OsservazioneOsservazione –Il minore fra N ML e N MH condiziona il funzionamento della porta logica Trigger di SmithTrigger di Smith N ML > V DD /2 N MH > V DD /2 V OH V OL V IH V IL

16 C.E.A.D.5.16 Effetto caricante Valore minimo di V U = 4.5 V Valore minimo di V U = 4.5 V V CC = 5 V  = 200) R B = 200 K  R C = 5 K  V BB RBRB RCRC VUVU V CC

17 C.E.A.D.5.17 Definizione FAN-OUTFAN-OUT –Numero max di ingressi elementari che un’uscita può pilotare FAN-INFAN-IN –Numero di ingressi elementari equivalenti che confluiscono su un ped d’ingresso

18 C.E.A.D.5.18 Inverter a BJT in commutazione VIVI RBRB ICIC V CC VUVU RCRC VIVI VUVU ICIC t t t tdtd trtr tsts tftf t on t of f + -

19 C.E.A.D.5.19 Osservazioni t d => delay timet d => delay time tempo necessario a caricare la capacità base – emettitore e portare I b al 10% del valore maxtempo necessario a caricare la capacità base – emettitore e portare I b al 10% del valore max t r => rise timet r => rise time tempo necessario a passare dal 10% al 90% del valore max (comportamento quasi lineare del BJT)tempo necessario a passare dal 10% al 90% del valore max (comportamento quasi lineare del BJT) t s => storage timet s => storage time tempo necessario a svuotare la base dalle cariche minoritarie immagazzinate nella condizione di saturazionetempo necessario a svuotare la base dalle cariche minoritarie immagazzinate nella condizione di saturazione t f => fall timet f => fall time tempo necessario a passare dal 90% al 10% del valore max (comportamento quasi lineare del BJT)tempo necessario a passare dal 90% al 10% del valore max (comportamento quasi lineare del BJT) t on = t d + t r t off = t s + t ft on = t d + t r t off = t s + t f

20 C.E.A.D.5.20 Ritardo in zona lineare Per t r e t f il transistore è in zona linearePer t r e t f il transistore è in zona lineare RsRs RCRC ViVi + - r bb’c r b’e cece g m v b’e t f = t r = 

21 C.E.A.D.5.21 Tempo di propagazione Ritardo di propagazioneRitardo di propagazione –tempo che l’uscita impiega a raggiungere il 50% del valore finale, a partire dall’istante in cui è cambito l’ingresso In generale è diverso il tempo di propagazione da alto a basso, rispetto a quello da basso a alto.In generale è diverso il tempo di propagazione da alto a basso, rispetto a quello da basso a alto. t pHL t pLHt pHL t pLH

22 C.E.A.D.5.22 Tempo di ciclo T ciclo = t pLH + t pHLT ciclo = t pLH + t pHL f MAX = 1/ T ciclof MAX = 1/ T ciclo VUVU t t pLH t pHL

23 C.E.A.D.5.23 Dissipazione di potenza In generale èIn generale è I coff > 0, V uon > 0I coff > 0, V uon > 0 c’è dissipazionec’è dissipazionestatica la massima dissipazionela massima dissipazione si ha durante la commutazione VUVU ICIC t t tdtd trtr tsts tftf t on t of f

24 C.E.A.D.5.24 Dissipazione di potenza Dissipazione statica (uscita costante)Dissipazione statica (uscita costante) Dissipazione dinamicaDissipazione dinamica Durante la commutazione si ha dissipazioneDurante la commutazione si ha dissipazione

25 C.E.A.D.5.25 Osservazioni 1.La dissipazione statica può essere nulla 2.la dissipazione dinamica è di gran lunga la più importante 3.parametro di merito di una FAMIGLIA LOGICA PRODOTTO RITARDO – CONSUMOPRODOTTO RITARDO – CONSUMO n.b.Frequentemente vengono forniti i duen.b.Frequentemente vengono forniti i due parametri separatamente

26 C.E.A.D.5.26 Dissipazione dell’inverter pdpd VUVU ICIC t t t 1 5   T1T1 T2T2 Assumendo t 0 = T 1 (T 2 )

27 C.E.A.D.5.27 Esempio V BB = 0 ÷ 5 V V CC = 5 V R B = 500 K  R C = 5 K  R C = 5 K   = 200) CC = 5 pF F T = 200 MHz r b’e = 5 K  V in RBRB RCRC V CC VUVU + - ICIC

28 C.E.A.D.5.28 Determinazione di  e Pd Da 8.5Da 8.5 Energia dissipata per commutazione e PdEnergia dissipata per commutazione e Pd

29 C.E.A.D.5.29 Conclusioni Inverter a BJTInverter a BJT Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento Inverter idealeInverter ideale Margini di rumoreMargini di rumore Fan-in e Fan-outFan-in e Fan-out Tempi di ritardoTempi di ritardo Dissipazione di potenzaDissipazione di potenza


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