SERII DE CIRCUITE INTEGRATE TTL

SERII DE CIRCUITE INTEGRATE TTL

1. SCOPUL LUCRÃRII

Lucrarea prezentã face analiza comparativã a diferitelor serii de circuite integrate TTL, prin prezentarea porsii fundamentale realizate în tehnologia respectivã. Sunt prezentate caracteristicile constructiv-funcsionale si principalii parametri statici si dinamici ai fiecãrei serii.

2. CONSIDERAsII TEORETICE

Circuitele integrate din familia TTL sunt frecvent utilizate, în special în echipamentele numerice. Familia de circuite integrate TTL se compune din mai multe serii de circuite integrate TTL, diferensiate prin particularitãsi statice si dinamice. Se prezintã în continuare principalele serii de circuite integrate TTL, analizându-se caracteristicile constructiv-funcsionale ale porsii fundamentale sI-NU realizatã în acea tehnologie. Ele se raporteazã la caracteristicile aferente porsii fundamentale TTL din seria normalã, poartã a cãrei schemã este prezentatã în figura 3.1 si a cãrei analizã s-a fãcut detaliat în lucrarea precedentã.

2.1 Seria TTL rapidã

Seria TTL rapidã (high speed TTL) constituie o variantã a seriei normale, la care s-au efectuat modificãri pentru obsinerea unor timpi de propagare mai mici, lucru realizat în detrimentul puterii consumate. Astfel timpii de propagare tipici pentru seria rapidã sunt: T_pLH = 5,9ns, T_pHL = 6,2ns, iar timpul mediu de propagare t_p = 6ns, deci prevede o îmbunãtãsire cu peste 40% fasã de seria normalã. În schimb puterea consumatã este dublã fasã de cea corespunzãtoare seriei normale, P_C = 22mW.

Ca structurã, poarta fundamentalã TTL din seria rapidã (figura 3.2 reprezintã schema electronicã a unei porsi sI-NU cu douã intrãri, implementatã de circuitul integrat CDB 400H) este foarte apropiatã de cea din seria normalã, evidensiindu-se urmãtoarele modificãri:

- toate rezistensele din schema porsii TTL rapidã au valori mai mici, pentru ca încãrcarea si descãrcarea capacitãsilor interne sã se facã mai rapid, pentru a se micsora timpii de propagare. Aceste acsiuni se desfãsoarã însã prin generarea unor curensi mai mari, ceea ce duce la cresterea puterii consumate. Astfel:

- rezistensa de colector a invertorului complex este de 58 , fasã de 130 la poarta normalã, în acest fel scãzând constanta de timp de încãrcare a sarcinii capacitive de la iesire

- rezistensa de bazã a tranzistorului multiemitor de la intrare este mai micã, ducând la cresterea curentului din colectorul sãu, adicã a curentului direct de bazã care comandã deblocarea tranzistorului T₂, având de-a face cu o supraacsionare mai mare la deblocare a tranzistoarelor T₂ si T₃, ceea ce duce la obsinerea valorii scãzute pentru t_pHL.

- efect asemãnãtor dat de valoarea scãzutã a rezistensei din emitorul lui T₂ .

- poarta rapidã nu consine dioda de deplasare de nivel de la iesire, în schimb în partea superioarã a invertorului complex de la iesire se foloseste un tranzistor compus (montaj Darlington, format din tranzistorul de comandã T₅ si tranzistorul T₄) care nu permite intrarea în saturasie a lui T₄, reducând astfel timpul de deblocare al acestui tranzistor, obsinând timpul t_pLH de o valoare 6ns.

Ceilalsi parametri ai porsii TTL rapide sunt asemãnãtori celor de la seria TTL normalã. Astfel, tensiunea de alimentare V_CC = 5V si tensiunile nivelelor logice V_IHmin = 2V, V_ILmax = 0,8V, V_OLmax = 0,4V si V_OHmin = 2,4V, sunt identice la cele douã serii. De aici se deduce cã si caracteristica de transfer si marginea de zgomot sunt identice. Valori egale caracterizeazã factorii de încãrcare ale circuitelor din cele douã serii (se considerã valoarea tipicã a factorului de încãrcare la iesire de 10).

Valori diferite au însã curensii de intrare si iesire, datorate mãrimilor diferite ale rezistenselor din schemã), ceea ce duce la obsinerea de caracteristici de intrare si de iesire diferite pentru cele douã serii. Pentru seria TTL rapidã avem valorile tipice: I_ILmax = -2mA, I_IHmin = 50 A, I_OLmax = 20mA, I_OHmin = -1mA.

2.2 Seria TTL de putere redusã

Seria TTL de putere redusã (low power TTL) este destinatã aplicasiilor care impun o putere consumatã micã. Puterea medie disipatã a acestei serii scade la P_C = 1mW. Scãderea puterii disipate s-a fãcut prin mãrirea valorilor rezistenselor din schemã, ce a dus la micsorarea valorilor curensilor de încãrcare-descãrcare. În schimb s-au micsorat performansele dinamice, valorile timpilor de propagare crescând. Astfel seria prezintã urmãtoarele valori tipice pentru timpii de propagare: t_pLH = 35ns, t_pHL = 31ns, t_p =33ns.

Constructiv, schema porsii fundamentale TTL seria de putere redusã (figura 3.3 ilustreazã schema electricã pentru poarta sI-NU cu douã intrãri, implementatã de CDB 400L) este identicã cu a porsii TTL standard. Valorile rezistenselor sunt mãrite însã în medie cu un ordin de mãrime.

Similar porsii TTL rapide, modificarea valorilor rezistenselor din schemã duce la valori diferite ale curensilor, deci la diferense între caracteristicile de intrare si iesire ale seriei de putere redusã fasã de cele ale seriei normale. Valorile tipice sunt: I_ILmax = -0,18mA, I_IHmin = 10 A, I_OLmax = 3,6mA, I_OHmin = 200 A. În scheme care consin module din serii TTL diferite este necesarã verificarea condisiilor de încãrcare prin utilizarea valorilor reale ale curensilor.

Ceilalsi parametri ai porsii TTL de putere redusã sunt asemãnãtori celor de la seria TTL normalã. Astfel, tensiunea de alimentare V_CC = 5V si tensiunile nivelelor logice V_IHmin = 2V, V_ILmax = 0,7V, V_OLmax = 0,3V si V_OHmin = 2,4V, sunt aproape identice la cele douã serii.

Caracteristicile de transfer si marginea de zgomot sunt deasemenea similare cu cele prevãzute de seria TTL normalã, pentru montaje ce cuprind doar module ale seriei de putere redusã. În aceleasi condisii factorul de încãrcare creste de la 10 la 20 sarcini.

2.3 Seria TTL SCHOTTKY

Pentru mãrirea vitezei de comutare a circuitelor TTL (obsinerea unor timpi de comutare sub 10 s), o condisie importantã este evitarea intrãrii în saturasie a tranzistoarelor.

S-a ilustrat la poarta TTL standard metoda de evitare a saturasiei prin reacsie negativã neliniarã, folosind dioda D, de evitare a saturasiei. Este nevoie ca dioda însãsi sã prezinte timpi de stocare redusi. Dintre toate diodele, dioda Schottky (formatã dintr-o joncsiune metal-semiconductor, de regulã aluminiu-siliciu), prezintã timpul de stocare cel mai mic. Tranzistoarele prevãzute cu diodã Schottky pentru evitarea saturasiei se numesc tranzistoare Schottky si ele se realizeazã din tranzistoarele obisnuite, la care se adaugã în paralel cu joncsiunea bazã-colector, o diodã Schottky. Aceasta va prelua din circuitul bazei o parte din curent, condisia de saturasie a tranzistorului (I_B ß_min > I_C) neputând fi satisfãcutã. Folosirea acestor tranzistoare a dus la aparisia seriei TTL cu diode Schottky. Timpul de comutare a scãzut la aceastã serie la 3ns.

Poarta fundamentalã a seriei TTL Schottky (figura 3.4 ilustreazã poarta sI-NU cu douã intrãri, implementatã de circuitul SN7S400), este asemãnãtoare ca funcsionare si structurã cu poarta fundamentalã a seriei TTL rapide, valorile rezistenselor fiind asemãnãtoare. Schema prevede în plus o rezistensã neliniarã în emitorul tranzistorului T₂, realizatã de tranzistorul T₆ si rezistensele R₃ si R₆, ce înlocuieste rezistensa liniarã R₃ din schema aferentã seriei TTL normale. Prin aceasta se îmbunãtãseste forma caracteristicii statice de transfer a circuitului. Dacã la poarta fundamentalã a seriei normale, tranzistorul T₂ intra în conducsie dacã tensiunea de la intrare depãsea 0,55V, prin rezistensa R₃ curentul crescând liniar, iar caracteristica de transfer prezentând o pantã relativ micã. Deabia dupã potensialul de 1,3V la intrare tranzistorul T₃ comutã si caracteristica de transfer prezintã comutarea abruptã. La poarta fundamentalã a seriei TTL Schottky, prezensa tranzistorului T₆, blocat pentru potensial la intrare sub 1,3V, face imposibilã deschiderea tranzistorului T₂ în intervalul 0V - 1,3V, caracteristica de transfer prezentând o formã aproape idealã (vezi figura 3.5).

În afara timpului de comutare performant si de frecvensa ridicatã de lucru de peste 100MHz, ceilalsi parametri ai seriei TTL Schottky sunt apropiasi de ai seriei normale. Astfel, puterea consumatã P_C = 19mW este mai mare, dar inferioarã seriei rapide, potensialele de intrare si iesire pentru nivelele logice sunt aproximativ aceleasi, iar încãrcarea la iesire tot de 10 sarcini. Curensii de intrare si de iesire tipici sunt: I_ILmax = -2mA, I_IHmin = 50 A, I_OLmax = 20mA iar I_OHmin = -1mA.

2.4 Seria TTL SCHOTTKY de putere redusã

Seria TTL Schottky de putere redusã este folositã în montajele mixte, ce folosesc circuite

logice din diverse serii TTL sau circuite logice MOS, CMOS. Aceasta datoritã interfasãrii directe, o poartã TTL Schottky de putere redusã putând fi comandatã direct chiar de un circuit MOS sau CMOS. Dacã puterea consumatã este numai P_C = 2mW, timpii de propagare sunt medii, asemãnãtori seriei normale t_p = 9,5ms, iar ceilalsi parametri sunt de asemenea apropiasi seriei   TTL normale.

Constructiv, poarta fundamentalã TTL Shottky de putere redusã este ilustratã de figura 3.6, diferensele fasã de schema electricã pentru seria Schottky constând în valorile diferite, mult mai mari, ale rezistenselor si în înlocuirea tranzistorului multiemitor T₁ de la intrare cu diode Schottky, mult mai rapide.

2.5 Seria TTL cu trei stãri (TSL)

Seria TTL cu trei stãri a fost proiectatã special pentru realizarea performantã a funcsiei logice cablate, o necesitate pentru sistemele de calcul prevãzute cu magistrale. Seria se impune datoritã asigurãrii unor performanse de comutare superioare porsilor TTL cu colectorul în gol.

Schema de principiu este ilustratã de figura 3.7, fiind asemãnãtoare cu schema porsii seriei TTL rapide. În plus ea prevede încã o intrare I, numitã intrare de inhibare (sau enable-intrare de permisiune, de control), cu urmãtoarea acsiune:

- dacã nivelul sãu este coborât, la iesirea inversorului I₁ nivelul este ridicat, fãcând ca dioda D sã rãmânã blocatã, poarta funcsionând ca o poartã TTL normalã

- dacã se aplicã pe intrarea I nivel ridicat de tensiune, la iesirea inversorului se stabileste un nivel logic coborât, un potensial apropiat de 0V, ce face ca tranzistorul T₂ sã nu se poatã deschide, cei doi tranzistori ai "stâlpului totemic" de la iesire (tranzistorul T₃ si montajul Darlington T₅ si T₆) sã rãmânã blocasi, poarta fiind astfel în starea de înaltã impedansã sau starea OFF.

În aceastã stare, tensiunea de la iesirea porsii nu este determinatã iar în funcsie de sarcina conectatã la iesire, poarta poate furniza sau absorbi curensi reziduali.

Ca circuite integrate TSL se vor studia circuitele SN74125 sau SN74126.

3. MERSUL LUCRÃRII

Folosind montajele de la lucrarea referitoare la poarta TTL standard, prin înlocuirea circuitelor TTL standard cu porsi aferente fiecãrei serii studiate, sã se traseze caracteristicile de transfer, de intrare si de iesire si sã se studieze comportarea dinamicã a circuitelor. Sã se raporteze rezultatele practice la considerentele teoretice din lucrare.

4. CONsINUTUL REFERATULUI

Prezentarea sumarã a caracteristicilor seriilor de circuite TTL studiate.

Configurasia terminalelor circuitelor utilizate.

Schemele circuitelor de mãsurã si rezultatele determinãrilor.

Observasii.