Famiglie logicheFamiglie logiche

generalitàgeneralitàCon 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

Pentium

1.200.000 transistor

3.100.000 transistor

componenti elettronici base dei circuiti integrati digitali componenti elettronici base dei circuiti integrati digitali

BJT MOSFET

velocidimensioni

ridotteveloci e

dimensioni ridotte

dimensioni ridotte e

veloci

Fino a qualche anno fa

oggi

bipolare unipolare

Evoluzione delle famiglie logicheEvoluzione 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 amigliorare 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.

Evoluzione delle famiglie logicheEvoluzione delle famiglie logiche

standard

Alta velocità

low

+veloce di tutte

Classificazione dei circuiti integratiClassificazione dei circuiti integrati

A seconda del numero di porte logiche equivalenti contenute in un singolo chip, i circuiti integrati si classificano in:

1.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.

Sigle delle famiglie logicheSigle 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 NANDil 74LS74, contenente due flip-flopil 74LS193, contatore binario singolo.

Appartengono alla famiglia CMOS 40XX l'integrato 4001, quadruplo NOR, l'integrato 4011, quadruplo NANDil 4014, registro a scorrimento a 8 stadi.

Porta nand è la fondamentale

Caratteristiche principaliCaratteristiche principali e parametri di funzionamentoe parametri di funzionamento

Tensione d’alimentazione VCCTensione d’alimentazione VCCÈ la tensione continua che si deve fornire all'integrato.

Corrente d’alimentazione ICCCorrente d’alimentazione ICCÈ la corrente fornita dal terminale di alimentazione VCC.

Potenza dissipata PdPotenza dissipata PdÈ la potenza media dissipata per il funzionamento con onda quadra ad una prefissata frequenza o quella dissipata in continua.

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

Caratteristiche principaliCaratteristiche principali e parametri di funzionamentoe parametri di funzionamento

Livelli di tensione di ingresso e di uscitaLivelli di tensione di ingresso e di uscitaSono le tensioni di ingresso e di uscita che consentono un corretto e non ambiguo riconoscimento del livello logico basso e alto.

a)VILmax: Tensione d’ingresso massima sul livello basso.

b)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.

Livelli di tensione di ingresso e uscitaLivelli di tensione di ingresso e uscita

TTL CMOS

VILmax 0,8 V VCC/3

VIHmìn 2 V 2VCC/3

VOHmìn 2,4 V VCC

VOLmax 0,4 V 0

Caratteristiche principaliCaratteristiche principali e parametri di funzionamentoe parametri di funzionamento

Livelli di corrente d’ingresso e di uscitaLivelli di corrente d’ingresso e di uscitaPer 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.

a)IILmax: Massima corrente uscente (source current) da un terminale di ingresso quando è posto al livello basso con gli altri a VCC.

b)IIHmax: Massima corrente assorbita da un ingresso (sink current) quando è posto al livello alto con gli altri connessi a massa.

c)IOLmax: massima corrente che una porta logica assorbe (sink current) quando la sua uscita è al livello basso.

d) IOHmax: massima corrente che una porta logica eroga (source current) quando la sua uscita è al livello alto.

Livelli di corrente di ingresso e uscitaLivelli di corrente di ingresso e uscita

TTL CMOS

IILmax 1,6 mA 0,1 A

IIHmax 40 A 0,1 A

IOLmax 16 mA 4 mA (VCC = +5V)

IOHmax 400 A 4 mA (VCC = +5V)

FAN - OUTFAN - OUT

TTL CMOS

FOH 10 50 (teoricamente )

FOL 10 50 (teoricamente )

Fan-out sul livello alto FOHFan-out sul livello alto FOHRappresenta il numero massimo di ingressi che l'uscita di una porta logica può pilotare correttamente sul livello alto.

Fan-out sul livello basso FOLFan-out sul livello basso FOLRappresenta il numero massimo di ingressi che l'uscita di una porta logica può pilotare correttamente sul livello basso.

TempiTempi di commutazionedi commutazione

Sono definiti come i tempi necessari affinché l'uscita, nel cambiare stato logico, si porti al livello di riconoscimento del nuovo stato.

TempiTempi di commutazionedi 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.

TempiTempi di commutazionedi 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)