CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI E DIGITALI LEZIONE N° 5 (3 ore) Inverter a BJT Caratteristica di trasferimento Inverter ideale Margini di rumore Fan-in e Fan-out Tempi di ritardo Dissipazione di potenza C.E.A.D.

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

Inverter a BJT VBB = 0 ÷ 5 V VCC = 5 V RB = 200 KW RC = 5 KW (b = 200) VU RB VCC VBB C.E.A.D.

Passo A VBB < 0.7 V Equazioni RC VU RB VCC VBB C.E.A.D.

Passo B VBB > 0.7 V Vero per Vu > 0.2 V b IB RC RB VCC VU VBB Vg C.E.A.D.

Passo C VBB > 1.66 V RC RB VCC VU VBB VCESAT Vg C.E.A.D.

Caratteristica ingresso- uscita VU A Interdizione 5 B Lineare C Saturazione 0.2 VI 0.7 1.66 5 C.E.A.D.

Inverter ideale INV In Out 1 VI VU <2.5 5 >2.5 VU A VI VU B VI 5 1 VI VU <2.5 5 >2.5 B VI 5 2.5 C.E.A.D.

Inverter Reale Ingresso Uscita 0 logico VI < 0.7 V 1 logico Vu = 0.2 V VI = 5 V VU A Interdizione 5 B Lineare C Saturazione 0.2 VI 0.7 1.66 5 C.E.A.D.

Caratteristica generica Margini di rumore 1 Caratteristica generica VU 5 VI 5 C.E.A.D.

Margini di rumore 2 Quesito Dati due inverter in cascata, quali valori deve assumere l’uscita del primo affinché il secondo interpreti “giustamente” l’ingresso? VOH VIH VIL VOL C.E.A.D.

Determinazione dei margini Punto della caratteristica dove è VU 5 VOH VOL VIL VIH VI 5 C.E.A.D.

Margini di rumore 3 Inverter Ideale VIL = VIH = 2.5 V VOL = 0 V VOH = 5 V NML = NMH = 2.5 V VU VOH VOL VI VIL =VOH 5 C.E.A.D.

Margini di rumore 4 Inverter Reale VIL = 0.7 V VIH = 1.66 V VOL = 0.2 V VOH = 5 V NML = 0.7 - 0.2 = 0.5 V NMH = 5 - 1.66 = 3.34 V VU A 5 B C 0.2 VI 0.7 1.66 5 C.E.A.D.

Margini di rumore 5 Osservazione Trigger di Smith NML > VDD/2 Il minore fra NML e NMH condiziona il funzionamento della porta logica Trigger di Smith NML > VDD/2 NMH > VDD/2 VOH VOL VIL VIH C.E.A.D.

Effetto caricante Valore minimo di VU = 4.5 V VCC = 5 V (b = 200) RB = 200 KW RC = 5 KW VCC RC RB VU VBB C.E.A.D.

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

Inverter a BJT in commutazione VI VCC t IC 1 0.9 IC RC RB 0.1 VU 1 t VU 0.9 VI + - 0.1 td tr ts tf t ton toff C.E.A.D.

Osservazioni td => delay time tr => rise time tempo necessario a caricare la capacità base – emettitore e portare Ib al 10% del valore max tr => rise time tempo necessario a passare dal 10% al 90% del valore max (comportamento quasi lineare del BJT) ts => storage time tempo necessario a svuotare la base dalle cariche minoritarie immagazzinate nella condizione di saturazione tf => fall time tempo necessario a passare dal 90% al 10% del valore max (comportamento quasi lineare del BJT) ton = td + tr toff = ts + tf C.E.A.D.

Ritardo in zona lineare Per tr e tf il transistore è in zona lineare Rs rbb’ cc gm vb’e + - RC rb’e Vi ce tf = tr = µ t C.E.A.D.

Tempo di propagazione Ritardo 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. tpHL tpLH C.E.A.D.

Tempo di ciclo Tciclo = tpLH + tpHL fMAX = 1/ Tciclo VU t tpLH tpHL 0.5 1 t tpLH tpHL C.E.A.D.

Dissipazione di potenza In generale è Icoff > 0 , Vuon > 0 c’è dissipazione statica la massima dissipazione si ha durante la commutazione IC 1 0.9 0.1 VU 1 t 0.9 0.1 td tr ts tf t ton toff C.E.A.D.

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

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

Dissipazione dell’inverter pd t IC 1 VU t Assumendo t0 = T1 (T2) 5 t t t T1 T2 C.E.A.D.

Esempio VBB = 0 ÷ 5 V VCC = 5 V RB = 500 KW RC = 5 KW (b = 200) IC RC CC = 5 pF FT = 200 MHz rb’e = 5 KW IC RC VU RB VCC Vin + - C.E.A.D.

Determinazione di t e Pd Da 8.5 Energia dissipata per commutazione e Pd C.E.A.D.

Conclusioni Inverter a BJT Caratteristica di trasferimento Inverter ideale Margini di rumore Fan-in e Fan-out Tempi di ritardo Dissipazione di potenza C.E.A.D.