-As diversas subfamílias dos circuitos integrados TTL-TTL são as iniciais de Transistor-Transistor Logic ou lógica de transistor a transistor, se trata de uma técnica de circuitos integrados digitais que se caracteriza por utilizar transistores bipolares, resistores e diodos na sua implementação, uma particularidade nos transistores destes circuitos integrados e que boa parte deles são multiemissor, ou seja, podem ter 2 ou mais emissores, os quais só podem ser obtidos na forma integrada, este arranjo permite que um único transistor execute a função de vários outros, o que nos permite aproveitar melhor o espaço no chip. Anos mais tarde foram desenvolvidas outras variações destes transistores e diodos de modo a permitir que os dispositivos pudessem operar com maiores velocidades, esta foi a primeira tecnologia de circuitos integrados desenvolvida.

Circuito interno do SN54/74S133 (porta NAND de 13 entradas)

Onde “A a M” são as entradas, “Y” e a saída, “VCC” e o ponto de entrada da tensão de alimentação (5 volts), e “GND” e o

pág. 1

ponto de ligação a massa ou negativo, note que o transistor multiemissor e que determina a quantidade de entradas do dispositivo.

-Lógica positiva e lógica negativaComo se sabe, os circuitos digitais estão caracterizados por trabalhar somente com 2 estados possíveis, estes estados aparecem na forma de níveis de tensão, os quais devem ser padronizados a fim de garantir a compatibilidade e o correto funcionamento dos circuitos em questão, existem 2 tipos de lógica: a lógica positiva e a lógica negativa, a tabela abaixo nos brinda mais detalhes:

Nível lógicoLógica positivaLógica negativaN.L.0NAO ha tensãoHA tensãoN.L.1 HA tensãoNAO ha tensão

Sempre que não existir indicação do tipo de lógica utilizada, deve-se sub-entender que e lógica positiva.

-Analise da serie 54/74 (TTL)-Características típicasTodos os dispositivos da família TTL são compatíveis entre si, e tem por tanto as seguintes características típicas em comum:-Tensão de alimentação de 5 volts.-Imunidade a ruídos de 1 volt.Atualmente os circuitos integrados TTL estão agrupados em 2 subfamílias principais a saber:-Militar: se caracteriza por ostentar o prefixo 54 (por ex: SN54LS00J), possuir encapsulamentos cerâmicos, faixas de temperaturas e tensões de alimentação mais abrangentes, suas aplicações abrangem: equipamentos industriais, satélites de telecomunicações, indústria aeroespacial, aviônica, indústria bélica, e outros sistemas projetados para operar em condições consideradas inóspitas.-Comercial: se caracteriza por ostentar o prefixo 74 (por ex: SN74LS00N), possuir encapsulamentos plásticos (se bem que já fabricaram versões com encapsulamentos cerâmicos), faixas de temperaturas e tensões de alimentação mais

pág. 2

estreitas que as dos dispositivos da serie 54, suas aplicações abrangem: computadores, eletrônicos de consumo, industria automotiva e aplicações profissionais, são projetados para operar em condições mais amenas.Veja a tabela abaixo:

SubfamíliaTensão de alimentação

em volts DC

Temperatura de funcionamento

em graus Celsius Tipo de encapsulamento

Mínima Máxima Mínima Máxima54 (militar) 4.75 5.25 -55 +125 cerâmico (sufixo J, W ou FK)

74 (comercial) 4.5 5.5 0 +70plástico/cerâmico (sufixo N, NS, D, DB, DT, DW, SD ou J)

-Para identificação de N.L.0 a tensão deve estar entre 0 volts e 0.8 volts, enquanto que para N.L.1 a tensão devera estar entre 2 volts e 5 volts, veja tabela abaixo:

N.L.1 5 volts 2 volts

Condição proibida1.9 volts 0.9 volts

N.L.0 0.8 volts0 volts

Note que entre as faixas de valores de tensão assignadas para os valores de nível lógico 0 e nível lógico 1 existe a faixa de tensões de 0.9 volts ate 1.9 volts que esta apresentada como “Condição proibida”, isto significa que, valores de tensão dentro desta faixa deverão ser evitados, pois podem ocasionar situações de indeterminação, o que não permite prever como os dispositivos os interpretarão. -Tempo de atraso de propagaçãoTodo dispositivo semicondutor possui intrinsecamente uma “demora” para que os sinais (uma vez aplicados a/as sua/suas entrada/s) apareçam na/nas saída/s, esta demora se mede em nano-segundos (nS) por “gate” ou porta lógica, nos manuais e representado pelos mnemônicos “tPHL e tPLH”, este tempo de atraso varia de acordo a subfamília do dispositivo podendo variar entre 33 nS (subfamília 54L/74L) e 1.5 nS (subfamília 54AS/74AS).

pág. 3

-Fan outE a característica que especifica o numero maximo de entradas de dispositivos que podem ser conectados simultaneamente a saída de um terceiro sem deteriorar o nível do sinal, deve levar-se em conta a tecnologia de fabricação e a subfamília tanto do dispositivo excitador, quanto dos dispositivos excitados. -Tipos de circuitos de saídaAssim como muitos dispositivos, os diversos dispositivos TTL possuem circuitos de saída de modo a possibilitar que os resultados de seu processamento possam ser recebidos por outros dispositivos TTL e outros dispositivos que não necessariamente são digitais, estes amplificadores de saída estão disponíveis em 3 configurações distintas que são:A) Totem Pole: se trata de um circuito de saída que esta implementado com 2 transistores “empilhados”, sendo que um deles liga a saída ao Vcc, enquanto que o outro a liga a massa, estes transistores SEMPRE trabalham em níveis de condução opostos, ou seja, enquanto um deles conduz corrente, o outro permanece em corte, e vice-versa. Aplicações: a grande maioria dos dispositivos TTL.

pág. 4

Veja que o circuito de saida esta formado por 2 transistores “empilhados”

B) Coletor aberto: mais conhecido como “Open Collector”, este circuito de saída e quase idêntico ao circuito “Totem Pole”, no entanto, neste circuito o transistor que liga a saída ao Vcc “vazou”, nesta condição, o circuito somente será capaz de conduzir corrente da saída para a massa, não podendo obter se tensão da mesma, no entanto, a ausência do transistor “de cima” nos brinda um circuito com menores tempos de atraso de propagação, e, em alguns casos, a capacidade de “interfacear” o circuito TTL com circuitos CMOS, e de outras faixas de tensão, como 15 volts, 30 volts ou ate 60 volts. Aplicações: 54/7401, 54/7405, 54/7406, 54/7416, 54/7441, entre outros.

Note que “o transistor de cima vazou”C) Tri state: se trata de uma saída cujo estado depende, alem do sinal, de uma autorização ou habilitação, geralmente nomeada “G” ou “enable”, alem dos estados N.L.0 e N.L.1, existe também o estado conhecido como alta impedância ou high Z, neste modo a saída não e ligada nem ao VCC, nem a massa, fica “boiando”, de modo a se manter totalmente

pág. 5

desligada do circuito, este circuito e utilizado em dispositivos destinados a controlar linhas de bus de dados. Aplicações: 54/74LS125, 54/74LS126, 54/74LS373, 54/74LS374, 54/74LS395, entre outros.

Onde 1Q e a saída tri-state, note que para obter o sinal nesta saída, e preciso aplicar N.L.0 no pino OC.

-Classificação quanto a complexidadeDesde 1963 ate hoje, as técnicas de produção de semicondutores foram avançando de maneira impressionante, no começo, um circuito integrado podia conter algumas poucas portas lógicas, depois, pequenas estruturas como flip-flops simples, logo, subsistemas completos como contadores, registradores de deslocamento e decodificadores, depois, dispositivos de alta complexidade como chips de memória, unidades lógicas-aritmeticas e microprocessadores. No intuito de ajudar a saber o quão “inteligente” e um dispositivo, foi criada a seguinte classificação:

Abreviatura Denominação Complexidade (numero de transistores)

pág. 6

Interpretação comum Tanenbaum Texas InstrumentsSSI Small Scale Integration 10 1-10 abaixo de 12MSI Medium Scale Integration 100 10-100 12-99LSI Large Scale Integration 1.000 100-100.000 100-999

VLSI Very Large Scale Integration 10.000-100.000 a partir de 100.000 acima de 1.000ULSI Ultra Large Scale Integration 100.000-1.000.000 * *SLSI Super Large Scale Integration 1.000.000-10.000.000 * *

-Serie 54/74 (Standard TTL)Desenvolvida em 1964 pela Texas Instruments, a serie standard contava inicialmente com a subfamília 54 (militar), o primeiro dispositivo lançado foi o circuito integrado SN5400J, a serie 74 (comercial) seria desenvolvida (pela mesma empresa) somente em 1966, pois o que “pegava” no momento era a guerra fria, e a então nascente microeletrônica tinha como prioridade equipar a industria bélica norte-americana que requeria circuitos eletrônicos compactos para seus mísseis, a partir deste momento a técnica eletrônica nunca mais seria a mesma.Os dispositivos da serie standard se utilizam da lógica saturada, e tem uma dissipação de potencia típica de 10 mW por gate, tempo de atraso de propagação típico de 10 nS por gate, e resposta em freqüência de 25 MHZ.-Serie 54L/74L (Low Power TTL)*Os gates de baixa potencia da serie 54/74 designada como 54L/74L, tem essencialmente a mesma configuração da serie 54/74 standard.Desenvolvida em 1968 como uma alternativa de baixo consumo da serie standard, a serie Low Power foi projetada para dissipar baixa potencia, para ser obtida essa menor dissipação de potencia, os resistores internos dos circuitos integrados foram aumentados de valor, obtendo assim uma dissipação de potencia inferior a 1/10 da dissipação dos dispositivos da serie standard, ficando a serie Low Power com uma dissipação de potencia de 1 mW por gate, tempo de atraso de propagação típico de 33 nS por gate, e resposta em freqüência de 3 MHZ.A serie 54L/74L e ideal para aplicações onde e necessário baixo consumo de energia, e não se requer altas velocidades de comutação.

pág. 7

*por razoes de custo a serie 54L/74L foi substituída pela serie 54HC/74HC (CMOS) a partir de 1982.-Serie 54H/74H (High Speed TTL)*A configuração dos gates de alta velocidade e basicamente a mesma da serie 54/74 standard. A diferença fundamental da serie 54H/74H em relação a serie 54/74 standard e a redução dos valores dos resistores internos dos circuitos integrados, são incluídos diodos ceifadores em cada uma das entradas dos dispositivos a fim de reduzir os efeitos dos transitórios típicos das linhas de transmissão.Outra característica desta serie são os circuitos de saída (Power buffer) que se utilizam de transistores Darlington, este arranjo nos brinda um tempo de atraso de propagação típico de 6 nS por gate, e resposta em freqüência ao redor dos 50 MHZ.A desvantagem desta serie e o maior consumo em relação a serie standard.*a serie 54H/74H foi substituída pela serie 54S/74S (Schottky TTL) que tem consumo de energia similar e menor tempo de atraso de propagação.-Serie 54S/74S (Schottky* TTL)Desenvolvida em 1970, a serie 54S/74S tem um dos menores tempos de atraso de propagação por gate da família lógica TTL (tipicamente 3 nS por gate), pois combina a alta velocidade de comutação da lógica não-saturada da família lógica ECL com o baixo consumo da família TTL, esta performance e obtida pela aplicação de uma barra de diodos Schottky* como ceifadores colocados entre as bases e os coletores dos transistores internos dos dispositivos, de modo a impedir sua saturação, alem da redução dos valores de seus resistores, este arranjo nos brinda dispositivos com resposta de freqüência na faixa dos 100 MHZ.A dissipação de potencia dos dispositivos desta serie e da ordem de 20 mW por gate, portanto, os dispositivos de complexidade MSI (medium scale of integration) costumam dissipar potencias ao redor dos 400 mW.*Schottky e o sobrenome do físico alemão Walter H. Schottky que estudou dispositivos semicondutores de alta velocidade de comutação.

pág. 8

-Serie 54LS/74LS (Low Power Schottky TTL)Desenvolvida em 1973, esta serie combina a lógica não-saturada da serie 54S/74S com o baixo consumo da serie 54L/74L, a dissipação de potencia desta serie e da ordem de 2 mW por gate, e seu tempo de atraso de propagação por gate e da ordem de 9.5 nS. Os dispositivos desta serie tem resposta em freqüência ao redor dos 35 MHZ.Atualmente esta e a serie mais amplamente disponível no comercio.-Serie 54AS/74AS (Advanced Schottky TTL)Se trata de uma versão “remixada” da serie 54S/74S desenvolvida em 1982 que possui características elétricas otimizadas em relação a esta, como tempo de atraso de propagação típico de 1.5 nS, resposta em freqüência de 160 MHZ, e dissipação de potencia de 8.5 mW por gate.-Serie 54ALS/74ALS (Advanced Low Power Schottky TTL)Se trata de uma versão “remixada” da serie 54LS/74LS desenvolvida em 1982 que possui características elétricas otimizadas em relação a esta, como tempo de atraso de propagação típico de 4 nS, resposta em freqüência de 60 MHZ, e dissipação de potencia de 1.2 mW por gate.-Serie 54C/74C (CMOS)Se trata uma versão CMOS dos dispositivos TTL, possuem a mesma pinagem e funções, mas ao mesmo tempo características típicas dos dispositivos CMOS da serie 4XXXX como tensão de alimentação entre 3 volts a 15 volts. -Serie 54HC/74HC (High Speed CMOS)Se trata de uma versão CMOS desenvolvida para substituir com vantagens os dispositivos da serie 54L/74L (Low Power TTL) que tornou-se obsoleta em 1982, pois o custo de produção dos dispositivos de tecnologia CMOS e bem menor, e estes possuem características elétricas bastante similares e, inclusive superiores as da serie 54L/74L o que os torna compatíveis com dispositivos das varias subfamílias TTL. Os dispositivos da serie 54HC/74HC tem a mesma pinagem dos dispositivos TTL, tensão de alimentação entre 2 volts a 6 volts, tempo de atraso de propagação típico de 8 nS, resposta

pág. 9

em freqüência de 55 MHZ, e dissipação de potencia de 2.5 nW por gate.-Serie 54HCT/74HCT (High Speed CMOS compatível com tensões TTL)Características idênticas as da serie 54HC/74HC, porem com tensão de alimentação entre 4.5 volts a 5.5 volts, e níveis lógicos idênticos aos dispositivos TTL.-Serie 54AC/74AC (Advanced CMOS)Se trata de uma versão “remixada” da serie 54HC/74HC que possui características elétricas otimizadas em relação a esta, como tempo de atraso de propagação típico de 3 nS, resposta em freqüência de 150 MHZ, dissipação de potencia de 2.5 nW por gate, e tensão de alimentação entre 3 volts a 5.5 volts.-Serie 54ACT/74ACT (Advanced CMOS compatível com tensões TTL)Características idênticas as da serie 54AC/74AC, porem com tensão de alimentação entre 4.5 volts a 5.5 volts.

pág. 10