UniversidadDonBoscoFacultaddeIngenieraEscueladeElectrnicaTEMA:COMPARACIN DE LAS CARACTERSTICAS DE LAS TECNOLOGAS UTILIZADAS EN SISTEMAS DIGITALES: CMOS Y TTLObjetivoGeneral

VerificaryCompararlasCaractersticasdelasTecnologasCMOSyTTLObjetivosEspecficos

Compararlosnivelesdevoltajeutilizadosenambastecnologas. Compararlaspotenciasdisipadasporlosdispositivosdeambastecnologas. Compararlainmunidadalruidodelosdispositivosdeambastecnologas. ImplementardemaneraseguracircuitosdigitalesempleandotecnologaCMOS. AplicarprecaucionesenelmanejodedispositivosCMOS. VerificarlosvoltajesdepolarizacindedispositivosfabricadoscontecnologaCMOS. VerificarlaoperacindelcircuitoInterruptorbilateralCMOSCD4066.

Listadeelementos

1Breadboard. 1TarjetaEB220. 1ICsCMOS4001. 1ICsCMOS4011. 1ICsCMOS4066. 1Pulseraantiesttica. 1Resistenciade10K. 2Resistenciasde330 2LEDs.

INTRODUCCIN

Cuandosetrabajaconcircuitosintegradosdigitales,noslodeberafamiliarizarseconsufuncionamientolgico,sinotambinconsuspropiedadesdeoperacin,comosonlosnivelesdetensin,lainmunidadalruido,ladisipacindepotencia,elfanoutylosretardosdepropagacin.Elvalornominaldelatensindealimentacincontinua(DC)paralosdispositivosTTL(TransistorTransistorLogic,lgicatransistortransistor)esde+5V.LosdispositivosCMOS

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(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,metalxidosemiconductorcomplementario)estndisponiblesendiferentescategorasdetensionesdealimentacintalescomo+5V+3,3V2,5Vy1,2V.Aunqueparasimplificarseomiteenlosdiagramaslgicos,estatensinseconectaalpinVCCdeuncircuitointegrado,ylamasaseconectaalpindemasa(GND).Existencuatroespecificacionesdiferentesparalosniveleslgicos:VIL,VIH,VOLyVOH.ParaloscircuitosCMOS,elrangodelastensionesdeentrada(VIL)querepresentanunnivellgicoBAJO(0lgico)vlidovade0Va1,5Vparalalgicade+5Vyde0Va0,8Vparalalgicade3,3V.Elrangodelastensionesdeentrada(VIH)quepuedenrepresentarunnivelALTO(1lgico)vade3,5a5Vparalalgicade5Vyde2Va3,3Vparalalgicade3,3V,comoseindicaenlaFigura1ayb.Elrangodevaloresentre1,5Vy3,5Vparalalgicade5Vyelrangode0,8Va2Vparalalgicade3,3Vsonregionesdefuncionamientonopredecible,ylosvalorescomprendidosendichosrangosnoestnpermitidos.

Figura1A.niveleslgicosdevoltajeCMOS

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Figura1B.niveleslgicosdevoltajeCMOS.Cuandounatensindeentradaseencuentraenunodeestosrangos,puedeserinterpretadacomounnivelALTOounnivelBAJOporelcircuitolgico.Portanto,laspuertasCMOSnopuedenfuncionardeformafiablecuandolastensionesseencuentrandentrodeunodeestosrangosnopredecibles.LosrangosdelastensionesdesalidaCMOS(VOLyVOH)paralaslgicasde5Vy3,3Vsemuestranenlafigura1yB.ObservequelatensindesalidamnimaanivelALTO,VOH(mn),esmayorquelatensindeentradamnimaanivelALTO,VIH(mn)yquelatensindesalidamximaanivelBAJO,VOL(mx),esmenorquelatensindeentradamximaanivelBAJO,VIL(mx).InmunidadalruidoElruidoesunatensinnodeseadaqueseinduceenloscircuitoselctricosyquepuedeserunaamenazaparaelcorrectofuncionamientodelcircuito.Loscablesyotrosconductoresinternosdelsistemapuedencaptarlasradiacioneselectromagnticasdealtafrecuenciadelosconductoresadyacentes,enlosquelascorrientesvaranrpidamente,odeotrasfuentesexternasalsistema.Tambinlasfluctuacionesdetensindelalneadealimentacinsonunaformaderuidodebajafrecuencia.Paranoverseafectadosadversamenteporelruido,loscircuitoslgicosdebentenerciertainmunidadalruido,queeslacapacidaddetolerarciertasfluctuacionesdetensinnodeseadasensusentradassinquecambieelestadodesalida.Porejemplo,silatensinderuidoenlaentradadeunapuertaCMOSconlgicade+5VhacequelatensindelnivelALTOcaigapordebajode3,5V,elfuncionamientonoserpredecible,puestoqueseencuentraenlaregindeoperacinnopermitida(vaselaFigura1A).Portanto,lapuertapuedeinterpretarlafluctuacinpordebajode3,5VcomounnivelBAJO,comoseilustraenlaFigura1A.

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Deformasimilar,sielruidohacequelaentradadeunapuertapaseporencimade1,5VenelnivelBAJO,secreaunacondicinindeterminada,comoseilustraenlaparte(b).MargenderuidoLamedidadelainmunidadalruidodeuncircuitosedenominamargenderuido,yseexpresaenvoltios.Paraundeterminadocircuito,seespecificandosvaloresdemargenderuido:margenderuidoparaelnivelALTO(VNH)ymargenderuidoparaelnivelBAJO(VNL).Estosparmetrossedefinenmediantelassiguientesecuaciones:Ecuacin14.1VNH=VOH(mn)VIH(mn)Ecuacin14.2VNL=VIL(mx)VOL(mx)Enocasiones,verqueelmargenderuidoseexpresacomounporcentajedeVCC.Apartirdelaecuacin,puedeverqueVNHesladiferenciaentrelasalidaanivelALTOmenorposibledeunapuertaexcitadora(VOH(mn))ylaentradaanivelALTOmenorposiblequelapuertadecargapuedetolerar(VIH(mn)).ElmargenderuidoVNLesladiferenciaentrelaentradaanivelBAJOmximaposiblequelapuertapuedetolerar(VIL(mx))ylasalidaanivelbajomximaposibledelapuertaexcitadora(VOL(mx)).LosmrgenesderuidoseilustranenlaFigura2ayb

FIGURA2ayb.Efectosdelruidodeentradaenelfuncionamientodelapuerta.

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DisipacindepotenciaComoseindicaenlaFigura3AyB,porunapuertalgicacirculacorrienteprocedentedeunafuentedealimentacincontinua.CuandoelestadodesalidadelapuertaesunnivelALTO,circulalacorrienteICCH,ycuandoelestadodesalidaesunnivelBAJO,circulalacorrienteICCL.Veamosunejemplo.SiseespecificaunaICCHde1,5mAcuandoVCCes5V,ysilapuertaestenunestadodesalidaesttico(nocambia)ALTO,ladisipacindepotencia(PD)delapuertaes:

FIGURA3AyBCorrientesdelafuentedealimentacinDC.Seutilizaelconveniohabitualparaindicarladireccindelacorriente.Elconvenioparaindicarelflujodeelectroneseselcontrario.Cuandoseaplicanimpulsosalapuerta,susalidaconmutaentrelosestadosALTOyBAJO,porloquelacorrientedealimentacinvaraentreICCHeICCL.Ladisipacindepotenciamediadependedelciclodetrabajoy,usualmente,seespecificaparaunciclodetrabajodel50%.Cuandoelciclodetrabajoesel50%,lasalidaestanivelALTOlamitaddeltiempo,ylamitadrestanteestanivelBAJO.Portanto,lacorrientedealimentacinmediaes:

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Tareaprevia

Figura1.CircuitodigitaltpicodelqueseobtendrelcircuitoequivalenteNAND.

1. ObtenerelcircuitoequivalenteNANDdelaFigura1enelcuadrosiguiente:

Figura2.(a)CircuitoNANDequivalentesinsimplificaciones.

(b)CircuitoNANDequivalentesimplificado.

2. SimuleloscircuitosdelasFiguras1y2(b)enCircuitMakerutilizandocircuitosCMOS

todosenunamismareadetrabajoyconentradascomunesaamboscircuitos.Comosepresentaeneldiagramadebloquesdelafigura3.

NOTA:Asegresedehaberutilizadodispositivos40XXenlasimulacinrealizada.

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Figura3.DiagramadebloquesdecomoimplementarnloscircuitosenCircuitMaker.3. Escribalosvaloreslgicosqueseobtienendeloscircuitossimuladosenlatablade

verdaddelafigura4.

A B C D1 D2

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Figura4.TabladeverdadobtenidadeloscircuitosCMOSequivalentesdelasFiguras1y2(b).

4. PresenteenlaprcticadelaboratorioloscircuitossimuladosenlaPC(archivo.ckt)aldocenteparaevaluacin.

NOTA:Lospinoutsautilizarenlaprcticalosencontraralfinaldelagua.Procedimientodelaprctica

1. InsertelaplacaEB220enelPU2200.2. Localiceelcircuitodelafigura4enlaplacaEB220.

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Figura4.InversordelafamiliaCMOS.

3. Conecteelterminal14delcircuitodelafigura4alafuentede5V.4. ConectelaentradadelinversoraIN4.5. ConectelasalidadelinversorconlaresistenciaR13yestaltimaconectarlaatierra.6. MidaelvoltajeVoutenlaresistenciadecargaR13.Anotelosvalorescorrespondientes

alosniveleslgicos0y1.0Lgico:_____________________V.1Lgico:________________________V

7. Desconectelaresistencia13delcircuitodelafigura4.8. Localiceelcircuitodelafigura5enlatarjetaEB220.

Figura5.CircuitodelinversorCMOS

9. Ahoraconectelasalidadelinversordelcircuitodelafigura4conelVINdelcircuitodelafigura5.

10. MidaelvoltajeVoutenelVINdelcircuitoqueseconectalcircuitodelafigura4.Anotenuevamentelosvaloresdevoltajecorrespondientesalosniveleslgicos0y1.

0Lgico:_____________________V.1Lgico:________________________V

11. MidalacorrienteentregadaporelinversorCMOSdelasiguientemanera.12. Ajusteeneltesterlamayorescaladelampermetro.13. RetireelconectorqueunelasalidadelinversorylaterminalVINdelinversorCMOS.

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14. ConectelaspuntasdelampermetroentrelasalidadelinversorylaterminalVINdelinversorCMOS.

15. Ajusteelampermetroaunaescaladondeobtengaunalecturaconporlomenosdosdecimales.

16. Anotelosvaloresdecorrientecorrespondientesalosniveleslgicos0y1.0Lgico:_____________________A.1Lgico:________________________APorfavorleadetenidamentelassiguientesindicacionesantesdeiniciarlaprctica.

17. Colqueselapulseraantiestticaantesdecomenzaratrabajar.18. AlimplementarloscircuitosdelaprcticaconIntegradosCMOS.Lasentradasdelas

compuertasquenoseutilicenesnecesarioconectarlasaunvoltajeespecficosiempre.(yaseaVddoVss).

19. Tambinesimportantequealcolocarunaentradaen"1"lgicosedebecolocarunaresistenciade10Kentrelafuenteylaentrada.

20. Implementeelcircuitodelafigura2(b)conelcircuitointegrado4011.21. Completelatabladeverdaddelafigura6conlosvaloresdevoltajedesalida

obtenidosconcadacombinacinlgicadeentrada.

A B C D1

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Figura6.TabladeverdadobtenidadelcircuitoCMOSequivalentedelaFigura2(b).

22. Cuandoelcircuitoimplementadoestpresentandolatabladeverdadcorrectamentellamealdocenteparasuevaluacin.

23. Implementeelcircuitodelafigura7conloscircuitosintegrados4001y4066.

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Figura7.Diagramadigitalaimplementarparacomprobarelfuncionamientodelosinterruptoresbidireccionalesdel4066.

24. AsegurequeelinterruptorS1seleccione+5V.Queobservaenlassalidas1y2del

circuitodelafigura7?Expliqueelporqudelcomportamientodelcircuito?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

25. Cambieelestadodelinterruptorde+5Vatierra.Quesucedienlassalidas1y2?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

26. Presentealdocenteelcircuitoimplementadoparasuevaluacin.

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AnlisisderesultadosInvestigue

1. Qudispositivoposeeel4066?yCualessufuncionamiento?___________________

________________________________________________________________________

2. LosnmerosdelosintegradosCMOSdelafamilia40XXqueposeenlacompuertaslgicasOR,ANDyEXOR.__________________________________________________

________________________________________________________________________

3. Comparelosvaloresdevoltajeobtenidosenlatabladelafigura6conlascaractersticasdevoltajedelosdispositivosCMOS.Losvaloresmedidosestndentrodelrangoesperado?________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

4. ExpliquelasdiferenciasentrelatecnologaCMOSylaTTL.Encuantoa:(a)Voltajedealimentacin,(b)Consumodepotencia,(c)ManipulacindelosCIs,(d)Inmunidadalruido,y(e)velocidaddeoperacin.

a. ________________________________________________________________________

b. ________________________________________________________________________

c. ________________________________________________________________________

d. ________________________________________________________________________

e. ________________________________________________________________________

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PinoutsdelosCIsautilizar

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Paramejorarlaguaparaprximaiteracin.

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