PARAMETROS CARACTERISTICOS DE LA FAMILIA...

1M. E. Martínez Izquierdo

PARAMETROS CARACTERISTICOS DE LA FAMILIA CMOS




CIRCUITOSDIGITALES

ESCALA DE INTEGRACIONSSIMSILSI

VLSIULSI

TECNOLOGIA DE FABRICACIONFAMILIAS LOGICAS

INDICE:

INTRODUCCION

RANGOS DE TENSION Y VALORES LOGICOS

CARACTERISTICA DE TRANSFERENCIA DE TENSION

MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



ESCALAS DE INTEGRACION

Puertas/mm2

SSI (Small Scale Integration) 1-10(Puertas lógicas)

MSI (Medium Scale Integration) 10-100(Circuitos Combinacionales y Secuenciales)

LSI (Large Scale Integration) 100-1000(Dispositivos de lógica programable)

VLSI (Very Large Scale Integration) 1000-10000

ULSI (Ultra Large Scale Integration) > 10000

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



FAMILIAS LOGICAS

Los circuitos digitales están agrupados en FAMILIAS

Cada miembro de una familia:

• Se fabrica con la misma TECNOLOGÍA

• Tiene una ESTRUCTURA similar

• Exhibe las mismas CARACTERÍSTICAS básicas

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



SELECCIÓN DE UNA FAMILIA LOGICA

• Versatilidad lógica

• Velocidad

• Inmunidad al ruido

• Rango de temperaturas de operación

• Disipación de potencia

• Coste

FAMILIAS LOGICASINDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



FAMILIAS LOGICAS

FAMILIAS BIPOLARES (TTL, ECL .....)

FAMILIAS UNIPOLARES(CMOS, NMOS...)

TRANSISTORES BIPOLARES

- Más rápidos - Mayor consumo- Dificultad de integración

TRANSISTORES MOS

- Más lentos - Menor consumo- Facilidad de integración

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



54C/74C

SERIE

74 serie comercial estándar(0 - 70 ºC)

54 serie militar(-55 - 125 ºC)

Compatibilidad con TTL

Fam iliaCM O S

V DD(V )

V IL(V )

V IH(V )

V O L(V )

V O H(V )

tpLH(ns)

tpHL(ns)

P D/puerta(μ W )

54C /74C 4,5 1 ,35 3,15 0,1 4 ,4 11/19 11/19 0,01

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



Puerta(G)

Puerta(G)

N NSiO2

P

Fuente(S)

Drenador(D)

ZONA DELCANAL

SUSTRATO

P PSiO2

N

Fuente(S)

Drenador(D)

ZONA DELCANAL

SUSTRATOPuerta

(G)

ZONA DELCANAL

SiO2

Puerta(G)

Sustrato (B)

Drenador(D)

Fuente(S)

Puerta(G)

Sustrato (B)

Fuente(S)

ElementoCapacitivo

Puerta(G)

Sustrato(B)

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



N NSiO2

P

Fuente(S)

Puerta(G) Drenador

(D)

CANAL

SUSTRATO

P PSiO2

N

Fuente(S)

Puerta(G) Drenador

(D)

CANAL

SUSTRATO

Puerta(G)

Sustrato (B)

Drenador(D)

Fuente(S)

Puerta(G)

Sustrato (B)

Fuente(S)

ElementoResistivo

Fuente

Drenador

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



VH2= VDD

VH1

VL2

VL1= GND

1 lógico

0 lógico

Región no definida, de transición

Tensión mas baja que seráreconocida como un 1 lógico

VH1

VDD Tensión de alimentación

Tensión mas alta que seráreconocida como un 0 lógico

VL2

GND Referencia

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

VH →“1” (alto) VL →“0” (bajo)



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

FUNCION DE TRANSFERENCIA DE UN INVERSOR

VDD

GND

VO

VI0 V

VDD



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

1 0 10

VI

VDD

GND

VO

101 0

VDD

“1”

GND

“0”ON

OFF“1”

VDD

GND

“0”

VDD

GND

ON

OFF

“0”“1”

VDD

GND

ON

VDD

GND

ON

VDD

GND



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

“0”ON

OFF“1”

VDD

GNDON

VDD

GND

ON

ON

OFF

“0”“1”

VDD

GND

VO

VI



dVS/dVE = -1

dVS/dVE = -1

VOL VIH

VOH

VIL

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

Atenuación

Amplificación

Atenuación



VOH

VOL

VIL VIH

VO

VI

VO= tensión de salida

VI = tensión de entrada

VOH = Mínimo voltaje de salida que puedeser interpretado como “1”

VOL = Máximo voltaje de salida que puedeser interpretado como “0”

VIL = Máximo voltaje de entrada que puedeser interpretado como “0”

VIH = Mínimo voltaje de entrada que puedeser interpretado como “1”

VTW = VIH- VIL

VLS = VOH- VOL


VTW

VLS

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES




Transistor p → ON VI < VDD+VTH p

Transistor n → ON VI > VTH n

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

TRANSISTOR P → ON; VGB= VI-VDD< VTH p

TRANSISTOR N → ON ; VGB= VI > VTH n

VDD

GND

VI VO



VO

VIVTH n

VOLVDD+ VTH p


p “ON”n “OFF”

p “ON”n “ON”

p “OFF”n “ON”

VOH

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

TRANSISTOR P → ON; VGB= VI-VDD< VTH p

TRANSISTOR → N ON ; VGB= VI > VTH n

VDD

GND

VI

Transistor p → ON VI < VDD+VTH p

Transistor n → ON VI > VTH n



VOH

VOLVTH n VTH p+ VDD

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



RUIDO: Señales indeseadas que se superponen a la señal

→ Radiación de tipo electromagnético

→ Acoplamientos inductivos o capacitivos de otras partes del sistema

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



RUIDO: Señales extrañas que se superponen a la señal

INMUNIDAD AL RUIDO: Grado de tolerancia a variaciones en el nivel de la señal

MARGEN DE RUIDO: Desviaciones máximas en el valor de la señal frente a las que se garantizan los niveles lógicos

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



VDD

VOH

VIH

VIL

VOL

0

NMH

NML

NMH= VOH - VIH

Margen de ruidoa nivel alto

NML= VIL - VOL

Margen de ruidoa nivel bajo

VTW

VDD

VIH

VIL

0

MARGENESENTRADA

VLS

VDD

VOH

VOL

MARGENESSALIDA

0

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



MARGENES DE RUIDO Familia CMOS

SALIDAVDD= 5 V

VOH= 4,9 V

VOL= 0,1 V

0

VDD= 5 V

VIH= 3,5 V

VIL= 1,5 V

0

ENTRADA

HIGH

LOW

1,4 V

1,4 V

NMH= VOH - VIH

NML= VIL - VOL

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



MARGENES DE RUIDO Familia TTL (bipolar)

SALIDAVDD= 5 V

VOH= 2,4 V

VOL= 0,4 V

0

VDD= 5 V

VIH= 2 V

VIL= 0,8 V

0

ENTRADA

HIGH

LOW

0,4 V

0,4 V

NMH= VOH - VIH

NML= VIL - VOL

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

TIEMPO QUE TRANSCURRE DESDE QUEUNA TRANSICION EN LA ENTRADA

PRODUCE UNA TRANSICION EN LA SALIDA

Tiempo de retardo ≈ Kτ ≈ K R C

Puerta(G)

Sustrato (B)

Drenador(D)

Fuente(S)

Puerta(G)

Sustrato (B)

Fuente(S)

ElementoCapacitivo

Puerta(G)

Sustrato

ElementoResistivo

Fuente

Drenador



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

VDD

CL

Rp CARGA1

RnCL

DESCARGA 2

CL

VDD

10CICLO CARGA1

DESCARGA 2



tpLH: tiempo de retardo de bajo a alto

tpHL: tiempo de retardo de alto a bajo

50%

tpHL

50%

tpLH

50%

50%

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

tpd: (tpHL + tpLH) / 2tpdmedio

tpd: el mayor entre tpLH y tpHLtpdmax

VI

VO



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

VO

VI



VDD e-t / τnVDD (1- e-t / τp)

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

VO

VI



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

Máximo número de entradas que pueden ser conectadas

a la salida de una puerta dadasin degradación de características

VDD

C1 C2 CN

tiempo de retardo permitidoFAN_OUT =

K τ

200 λ ≈ 1TR



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

POTENCIA DISIPADA

POTENCIA

POTENCIA ESTATICA POTENCIA DINAMICA- Salida estable - En transiciones



INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

POTENCIA DISIPADA

N N P P

P

POTENCIA ESTATICAGND VDD

N

Idiodo= I0 (eqV / KT - 1)

PE≈ Σ Ifugas VDDN

1

G G



CARGA Q=CLVDD

pMOS

E=CLVDD2ENERGIA DISIPADA

POR CICLO POTENCIA DISIPADA P=CLVDD

2 f

INDICE:

INTRODUCCION



MARGENES DE RUIDO

TIEMPOS DE RETARDO

FACTOR DE CARGA

POTENCIA DISIPADA

CONCLUSIONES

POTENCIA DISIPADA

POTENCIA DINAMICA

VDD

CL

10CICLO CARGA1

DESCARGA 2

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