Famiglie logiche generalità

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1 Famiglie logiche generalità
Con la microelettronica l'implementazione delle funzioni logiche ha avuto il suo sviluppo più ampio e innovativo. Il motivo risiede nella quasi illimitata possibilità di miniaturizzazione offerta dalle tecnologie dei circuiti integrati. Intel 80486 transistor Pentium transistor componenti elettronici base dei circuiti integrati digitali ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche bipolare unipolare BJT MOSFET veloci dimensioni ridotte Fino a qualche anno fa veloci e dimensioni ridotte dimensioni ridotte e veloci oggi

2 ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche
Evoluzione delle famiglie logiche I dispositivi digitali vengono suddivisi in famiglie logiche ciascuna delle quali differisce dall’altra sia per quanto concerne il tipo di tecnologia utilizzata, sia per la circuiteria elementare su cui si basano le porte logiche. Nell’ambito della stessa famiglia vi sono poi diverse serie intese a migliorare alcune caratteristiche elettriche rispetto ad altre. I dispositivi logici vengono oggi costruiti con la tecnologia dei circuiti integrati monolitici che consente di ottenere su piccole piastrine di silicio (chip) numerosi circuiti logici con elevata affidabilità di funzionamento ad un costo relativamente basso. ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche

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Evoluzione delle famiglie logiche Famiglie logiche Bipolari (BJT) RTL DTL HTL TTL STD S AS L LS ALS ECL I2L Unipolari (MOS) PMOS NMOS CMOS HC/HCT AC/ACT +veloce di tutte ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche standard low Alta velocità

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Classificazione dei circuiti integrati A seconda del numero di porte logiche equivalenti contenute in un singolo chip, i circuiti integrati si classificano in: Circuiti SSI (Small Scale Integration), i quali contengono un massimo di dieci porte logiche. 2. Circuiti MSI (Medium Scale Integration), i quali contengono tipicamente da dieci a cento porte logiche. 3. Circuiti LSI (Large Scale Integration), i quali contengono tipicamente da cento a mille porte logiche. 4. Circuiti VLSI (Very Large Scale Integration), i quali contengono un numero di porte logiche superiore a mille. ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche

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Sigle delle famiglie logiche Gli integrati di una stessa famiglia sono contraddistinti da una sigla comune, seguita da un numero progressivo che identifica il componente. Così ad esempio appartengono tutti alla famiglia TTL LS (sigla 74LSXX) l'integrato 74LS00, contenente 4 porte NAND il 74LS74, contenente due flip-flop il 74LS193, contatore binario singolo. Appartengono alla famiglia CMOS 40XX l'integrato 4001, quadruplo NOR, l'integrato 4011, quadruplo NAND il 4014, registro a scorrimento a 8 stadi. Porta nand è la fondamentale ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche

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Caratteristiche principali e parametri di funzionamento Tensione d’alimentazione VCC È la tensione continua che si deve fornire all'integrato. Corrente d’alimentazione ICC È la corrente fornita dal terminale di alimentazione VCC. Potenza dissipata Pd È la potenza media dissipata per il funzionamento con onda quadra ad una prefissata frequenza o quella dissipata in continua. ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche Cmos non assorbe nulla.E consuma pochissimissimo! TTL CMOS VCC 4,5 – 5,5 V 3 – 18 V ICC 10 mA 0 (in regime statico) Pd in continua 10 mW 10 nW Pd a 1 MHz 18 mW 1 mW

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Caratteristiche principali e parametri di funzionamento Livelli di tensione di ingresso e di uscita Sono le tensioni di ingresso e di uscita che consentono un corretto e non ambiguo riconoscimento del livello logico basso e alto. VILmax: Tensione d’ingresso massima sul livello basso. VIHmìn: Tensione di ingresso minima sul livello alto. Se la tensione di ingresso VI è compresa nell'intervallo VILmax ÷ VIHmin non è garantito il riconoscimento del livello logico di entrata. Tale intervallo viene denominato zona d’indeterminazione. c) VOHmìn: Tensione minima d’uscita a livello alto nelle peggiori condizioni di carico. d) VOLmax: Tensione massima d’uscita al livello basso nelle peggiori condizioni di carico. ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche Più ho tolleranza e meno sbagliero nell’uso dei circuiti.quando figura la “i” rappresenta gli ingressi,”o” invece rappresenta le uscite

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Livelli di tensione di ingresso e uscita ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche Da 0 a 0,8 volt,la TTL risulta 0; da 2,4 a 5volt risulta 1.nella fascia tra 0,8 e 2,4 volt si ha l’errore TTL CMOS VILmax 0,8 V VCC/3 VIHmìn 2 V 2VCC/3 VOHmìn 2,4 V VCC VOLmax 0,4 V

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Caratteristiche principali e parametri di funzionamento Livelli di corrente d’ingresso e di uscita Per convenzione, le correnti sono indicate positive se entranti nei morsetti di ingresso o di uscita, negative se uscenti; quelle entranti sono dette correnti di sink, quelle uscenti correnti di source. IILmax: Massima corrente uscente (source current) da un terminale di ingresso quando è posto al livello basso con gli altri a VCC. IIHmax: Massima corrente assorbita da un ingresso (sink current) quando è posto al livello alto con gli altri connessi a massa. IOLmax: massima corrente che una porta logica assorbe (sink current) quando la sua uscita è al livello basso. IOHmax: massima corrente che una porta logica eroga (source current) quando la sua uscita è al livello alto. ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche

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Livelli di corrente di ingresso e uscita ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche IILmax(massima corrente di ingresso a livello basso) TTL CMOS IILmax 1,6 mA 0,1 mA IIHmax 40 mA IOLmax 16 mA 4 mA (VCC = +5V) IOHmax 400 mA

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FAN - OUT Fan-out sul livello alto FOH Rappresenta il numero massimo di ingressi che l'uscita di una porta logica può pilotare correttamente sul livello alto. Fan-out sul livello basso FOL Rappresenta il numero massimo di ingressi che l'uscita di una porta logica può pilotare correttamente sul livello basso. ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche TTL CMOS FOH 10 50 (teoricamente ) FOL Non si puo prendere una porta logica e pilotarne altre infinite,c’è un limite detto “Fan-out”

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Tempi di commutazione Sono definiti come i tempi necessari affinché l'uscita, nel cambiare stato logico, si porti al livello di riconoscimento del nuovo stato. ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche

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Tempi di commutazione Tempo di discesa, tf, (fall time) del segnale d’uscita misurato tra il 90% e il 10% della tensione di uscita massima VOHM. Tempo di salita, tr, (rise time) del segnale d’uscita, definito come il tempo necessario affinché l'uscita vari tra il 10% e il 90% del valore massimo VOHM. Tempo di propagazione dal livello alto a quello basso, tpHL, che viene misurato come intervallo tra il 50% di VIHM e il 50% di VOHM. Tempo di propagazione del livello basso a quello alto, tpLH, che viene misurato come intervallo tra il 50% di VIHM e il 50% di VOHM. ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche

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Tempi di commutazione I tempi tpHL e tpLH sono in genere diversi e il costruttore fornisce anche il ì loro valore medio indicato come tempo di ritardo di propagazione tp. TTL CMOS tp 10 ns 100 ns (VCC = +5 V) ELETTRONICA DIGITALE - famiglie logiche