Familia Logikoen aurkezpena

1. FAMILIA
LOGIKOAK
ME3-1D
2015/11/25

2. 1. Zirkuitu integratuak
Aitor Bergara Elorrieta

3. Zirkuitu Integratuen Definizioa eta Fabrikazioa
-Definizioa: Ziliziozko kristal erdieroaleak
dira, zeinek barnean elkar konektatuta
dauden osagaiak dituzte; Diodoak,
transistoreak, erresistentziak eta
kondentsadoreak.
-Fabrikazioa: Aipatutako osagaiak
plastikoz edo zeramikaz inguratzen dira,
hankatxo metalikoak (Pin-ak) kanpoan
utziz. Azkenik ebaki egiten dira, nahi
ditugun neurri eta formarekin, Txip-ak
lortuz.

4. Zirkuitu Integratuen Ezaugarri Batzuk
Ezaugarriak:
- Motaren arabera, tamaina estandarrak dituzte.
- Pin kopurua 8-tik gorakoa izanten da zirkuitu integratuetan.
- Txip bakoitzak gainean indentifikatzen duen zenbaki eta letra
konbinazio bat du.
- Fabrikatzailearen “Databook” izeneko liburu batean agertzen
dira zirkuitu bakoitzaren ezaugarri tekniko guztiak.
Identifikazioa

5. Integrazio Maila eta Sailkapena
Dituzten ate kopuruen arabera:
1- SSI: Eskala txikiko integrazioa. Gehienez 12 ate. Osagai
komunenak: transistoreak, resistoreak eta diodoak.
2- MSI: Eskala ertaineko integrazioa. 12 eta 100 ate bitartekoak.
Osagai komunenak, osagai bipolarrak izaten dira.
3- LSI: Eskala handiko integrazioa. 100 eta 1000 ate bitartekoak.
Osagai komunenak MOS transistoreak izaten dira.
4- VLSI: Eskala oso handiko integrazioa. 1000 eta 10000 ate
bitartekoak. Osagai komunenak hemendik aurrera LSI motako
berberak dira.
5-ULSI: 10000 ate baino gehiago erabiltzen dira.
6-GLSI: 100000 ate baino gehiago erabiltzen dira.
1 2 3 4 5 6

6. Enkapsulatu Motak
Ate logikoak garatzeko, bi teknologia mota bereizten dira:
- Teknologia bipolarra: Juntura bipolarreko transistoreak
erabiltzen ditu.
- MOS teknologia: Eremu-efektuko transistoreak erabiltzen ditu
(Mosfet).

7. Teknologia Bipolarra
Teknologia bipolarraren barnean, hiru teknologia bereiz daitezke:
-TTL: Transistore-transistore logika. Alde positiboak:
Zaratarekiko inmunitate handia eta entzuteko abiadura
handia ditu. Alde negatiboak: Integrazio eskalak ezin
daitezke oso handiak izan eta erresistentzia askoren
beharra dute.
-ECL: Lotutako igorleen logika. Teknologia honen barnean
azkarrena da, baina kontsumo gehien duena ere.
-IIL: Integratutako injekzio-teknologia. Kolektore askoko
transistoreak erabiltzen dira. TTL baino gutxiago
kontsumitzen du, baina geldoagoa da ere.

8. MOS Teknologia
Mos teknologiaren barnean hainbat teknologia aurki ditzazkegu:
- PMOS: P kanaleko MOS transistorea. Zaharkiturik geratu dira.
- NMOS: N kanaleko MOS transistorea. PMOS baino azkarragoa
da teknologia hau.
- CMOS: Metal oxido erdieroale osagarria. 3V eta 15V bitartean
lan egiten du, baina trantsizioan bakarrik kontsumitzen
duenez, duen energia kontsumoa txikia da.
- HCMOS: Abiadura handiko CMOS-a. CMOS hobetua da, TTL
eta CMOS zirkuituetan inolako aldaketarik egin gabe erabili
daitekeelako.
- HMOS: Errendimendu handiko N kanaleko MOS teknologia.
Abiadura eta integrazio handiko teknologia da. Txip
bakoitzean, 3000000 transistore sartu daitezke.

9. Ikur Logikoak
Boole-en aljebran oinarrituta dauden ate logikoak irudikatzeko
erabiltzen diren piktogramak dira. Ate logikoak, sarrera logiko bat
edo gehiago konbinatuz, irteera logiko bat sortzen duten zirkuituak
dira, funtzio bat jarraituz eta egia taula bat betez. Hainbat ate
logiko mota aurki ditzakegu:
1- AND: F= A*B
2- OR: F= A+B
3- NOT: F= A'
4- NAND: F= (A*B)'
5- NOR: F= (A+B)'
6- XOR edo EXOR: F= A'*B+A*B'= A(+)B
7- XNOR: F= A*B+A'*B’
1 2 3 4 5 6 7

10. 2. Teknologia motak.
Oinarrizko ezaugarriak
Markel Learreta

11. Elikatze tentsioa eta intentsitatea:
Korronte (mA) tarte eta tentsio jakin batzuk behar dituzte.
Oinarrizko ezaugarriak

12. • Zaratarekiko inmunitatea: Seinalea modifikatu gabe jasaten
duen tentsio maximoa “v”-tan. TTL familiakoak aurreko irudian ikus
daitezkeen Δ1 eta Δ 0 tartetan dute zarata inmunitatea.
• Laneko tenperatura: Errendimendu egokia izateko txipak behar
duen tenperatura egokia
• Fan out: Irteera batera konektatu daitezkeen sarrera kopurua
• Potentzia disipazioa: Ate bakotzean sortzen den disipazioa,
“mW” adierazita
•Hedapen atzerapena: Seinalea “1”-etik “0”-ra pasatzeko behar
duen denbora.
Oinarrizko ezaugarriak

14. 3. TTL familia
Alexander García
3.1. Oinarriak eta Serieak
3.2. Ezaugarriak
3.3. Ohar praktikoak

15. Oinarriak eta Serieak
Bere izena “Transistor-Transistor-Logic”-etik datorkio. Transistore
bipolarrez eta erresistentziaz egindako zirkuitu digital mota bat da
TTL-Wikipedia
• 7400 edo 74N → Lehenengoa
• 74L → Astiroagoa baina kontsumo baxuagokoa
• 74H → Transistorearen oinarria urrearekin
• 74S
• 74LS
• 74F
• 74AS Tamaina txikiagoa
• 74ALS
• 74F(r) → Buffer eta Interfazeentzako
Informazio zehatzagoa:
Potentzia baxukoakSerieak

16. Oinarriak eta Serieak

17. Ezaugarriak
◦ Elikadura sistema 4,75V - 5,25V artean (normalean 5V-ekin lan)
◦ “LOW” egoera 0,0V - 0,8V artean
◦ “HIGH” egoera 5,4V eta Vcc
◦ Transmisioaren abiadura kontsumoaren arabera (kasu batzuetan
400MHz-raino)
◦ Seinaleak 2m baino gehiagoko garraioa egin behar badute,
galerak izan ahal dituzte.
Informazio zehatzagoa:
• TTL/CMOS- desberdintasunak (YouTube)
• Manual TTL (pdf)

18. Ohar praktikoak
• Kolektore irekiko zirkuituetan: Irteeran erresistentzia bat jarri
beharko da, zirkuituak maila altua eman ahal izateko
• Konektatu gabeko sarrerak: Masara konektatu behar dira,
bestela txip-ak “HIGH” seinale bat bezala interpretatuko du.

19. 4. CMOS familia
Iskander Cordero

20. Complementary metal-
oxide-semiconductor, Metal
Oxido Erdieroalea
osagarria. Teknologia
honek, elikatzeko tarte
zabala dauka, 3V eta 15V
bitartean, baina egoeran
trantsizioetan bakarrik
kontsumitzen duenez, duen
energia kontsumoa oso
txikia da.
CMOS familia
MOTAK:
Serie 4000/14000: CMOS tensio
balio logikoak, 0V 0 logikarako
eta Vdd 1 logikarako.
74C: Bateragarri, terminal
terminalekin eta funtzio
funtzioekin, TTL gailuegaz.
74HC: 74C baino hobeagoa,
hamar bidez azkarrago
konmutazioaren abidura.
Kapazitate haundiagoa irteerako
tentsioan.
74HCT: TTL-ko gailu
tentsioarekin bateragarri izateko
eginda.

21. EZAUGARRIAK:
Sarrerak ezin dira utzi konektatu barik, konektatzen dira 0V, Vdd-ra edo beste
sarrera batera.
Bere kontsumoa Vdd=5V denean, 2nW da. Eta Vdd=10V badira kontsumoa
10nW izango da.
CMOS familia
Soinu
marjinak
berdinak dira
bi kasuetan,
VDDn
arabera.
VDD=5V
denean soinu
marjinak 1,5V-
koak dira.
NIVELES DE
VOLTAJE
Vol(MAX) 0V
Voh(MIN) Vdd
Vil(MAX) 30% Vdd
Vih(MIN) 70% Vdd

22. 5. TTL / CMOS familiak
Andoni Campos eta Alvaro Perez

23. Parametroak
Sarrerak
VIHmin: Sarrera batek maila altutzat (High: 1) hartzen
duen gutxieneko sarrera tentsioa da
VILmax: Sarrera batek maila baxutzat (Low: 0) hartzen
duen gehiengo sarrera tentsioa.
Irteerak
VOHmin: Irteera batek maila altua emateko (High: 1) izan
dezakeen gutxieneko irteera-tentsioa, baldin eta irteerak
ematen duen intentsitatea, IOHmax baino txikiagoa bada.
VOLmax: Irteera batek maila baxua emateko (Low: 0) izan
dezakeen gehiengo irteera-tentsioa da, baldin eta irteerak
jasotzen duen intentsitatea IOlmax baino txikiagoa bada

24. Parametroak
CMOS-eko balio orientagarriak hauek dira:
VIHmin = 3,5V; VILmax = 1,5V; VOHmin = 4,9 V; VOLmax = 0,1 V

25. Parametroak
TTL-eko balio orientagarriak hauek dira:
VIHmin = 2V; VILmax = 0,8V; VOHmin = 2,4V; VOLmax = 0,4V

26. Serieak/ezaugarriak
TTL serieak
74HC (High speed): TTL estandarra baino arinagoa da. Kapazitate parasitoen
denborakarga konstanteak txikitzean datza, eta potentziaren disipazioa
handiagoa da.
74L (Low power): Kontsumoa txikiagoa da, baina potentzia gutxi du eta
geldoagoak dira potentzia disipazioa 1mW-ekoa delako besteen balio estandarra
10mW-koa izanik
74S (Schottky): Abiadura handikoak. Transistoreak ez dira erabat asetzen.
Schottky diodoak erabiltzen dira. Biltegiratze denbora murrizten du.
Erresistentzia txikiak erabiltzen ditu.
74LS (Low power Schottky): Potentziaren disipazioa txikia da (2mW), eta
abiadura estandarraren antzekoa da.
74AS (Schottky aurreratua): Arinena da. Potentzia gutxiagoa behar du.
Sarrerako korrontean txikiagoa behar du.
74ALD (Kontsumo txikiko Schottky aurreratua): 74AS-tik dator. Kontsumo
txikia eta abiadura handia ditu ezaugarriak.
74F (Fast): Kontsumo txikia eta abiadura handia daukate. Fabrikazio teknika
berria erabiltzen du zirkuitu integratuak fabrikatzerakoa orduan horrela
dispositiboen arteko kapazitatea gutxitzeko hedapen-galerak murrizteko
helburua du.

27. Serieak/ezaugarriak
CMOS serieak
4000: CMOS estandarra. Egoera egonkorrean ez du
kontsumitzen, eta egoera dinamikoan, ordea, maiztasunaren
araberako kontsumoa du.
HE4000B: Philips etxeak garatutako seriea da. Gainazal-
integrazioa txikitu da, eta ezaugarriak hobetu dira. Estandarrak
baino abiadura handiagoa dauka.
74C: Estandarra hobetzen duen seriea. Funtzioak eta
hankatxoak TTL-ko 74 seriearen baliokideak dira.
74HC/HCT: Abiadura handia eta ezaugarriak oso hobetuak
dituen seriea da. TTL maila logikoekin baliokidetasuna dauka.
ACL (Lógica CMOS aurreratua): Abiadura handia eta
kontsumo txikia dira bereizgarriak.

28. Abantailak/Desabantailak
Abantailak
-CMOS zirkuitu integratuak TTLak baino
potentzia kontsumo txikiagoa daukate,
10 aldiz txikiagoa.
-CMOS-ek askoz ere espazio gutxiago
behar dute
-Errazak dira fabrikatzeko
-Irteeran kapazitate karga handia
-Elikatze-tentsioaren tartea handia
-Laneko temperaturaren tartea handia
-Fan-out eta fan-in handia
-Zaratarekiko inmunitate handia
-potentzia disipazio txikia
-Zarataren marjina handiak
Desabantailak
-Abiadura txikia dute, esan ahal dugu
oso motelak direla, 50Mhz-tara heldu
ahal da.
-Latch up-ari sentikorra da
-Transistoreen tamaina txikitzen
doanez, korronte parasitoak korronte
dinamikoekin konparatzen hasten
direla, beraz konmutatu egin ahal dira.
-Ez du onartzen kableatu logikorik
CMOS

29. Abantailak/Desabantailak
Abantailak
-Abiadura haundiagoa dute 250Mhz
heldu ahal da
-Kapazitate transmizio ona
-Tentsio txikiagokoak dira, nahi diozun
erabilera emanda abataila bat izan ahal
da.
-Hedapen denbora txikia
-Bloke edo zirkuitu kopuru handia
-Kostu txikia dute
-Malgutasun logiko ona
-Irteera impedantzia baxua
-Atzerapen produktu txikia potentzia
disipazioagatik
-Soinuaren inmunitate ona
-Hainbat funtzio desberdin dituela
Desabantailak
-Tentsio maximotik pasatzen bada
kalteak izan ahal ditu eta tentsio
minimotik behera zirkuitu integratuak
ez zuen ondo funtzionatuko
-Kontsumo handiagoa
-Karga kapazitate txikiagoa
-Soinu asko sortzen duela
TTL

30. Enkaptsulatu motak
Enkaptsulatuari siliziozko olata paketatzeko formari esaten zaio honekin
sistemarekin konexioak egiteko.
Horrela, plastikozko edo keramikazko kapsula batean satzen dira, batez
ere siliziozko txipak edozein ahuts partikulak, ur tantak edota argiak
funtzionamendu okerra eragin diezaioke beraz, enkaptsulatuak
beharrezkoak dira.
Bere funtzinamendua ondokoak dira:
-Beroa disipatzea
-Hobeto manipuatzeko eta montatzeko
-Konektore elektrikoa bahimentzeko
-Ingurumenaren eragina baztertu
Enkaptsulatu motak ikusteko QRa:

31. DIP
DIP: Ohikoenetariko prototipoak
sortzeko dira batez ere,
sentsoreak erabiltzeko. Gaur
egun erabilera jaisten ari da
integrazio mailagatik.
Laukizuzenak dira eta ez dira 40
pinetik gorakoak ikusten. DIP ak
bi lerro paraleloko pinak ditu.
Izenean agertzen den zenbakia
pin kopuruari dagokio. Oso
haundiak dira. Sartze lotura.

32. SOJ enkaptsulatua
SOJ:
Pinak bi alde luzeenetatik
banatzen dira, baina kasu
honetan erdian hutsune bat
egongo da, bi enkaptsulatu
ezberdin balira bezala. Pinak
barrurantz okertutak dauzka,
<J> hizkia ematen du. SIMM
moduluetan erabilita izan zuten.

33. LGA enkaptsulatua
LGA:
Goi abiadurako eragiketak behar dituen
lekuetan erabiltzen dira, induktantzia
txikia bait dutelako. Bere gainazalean ez
dago ateratzen den elementurik, bere
konexioak gainazal eroale batzuetaz
(pad) osaturik dago (Urrez egindakoak).
Orain arte ikusitako txipekin alderatuz
bere ezaugarri termiko, fisiko eta
elektrikoak hobetzen ditu.
Prozesadoreetan erabiltzen den
enkaptsulatu mota da, Intel erabilitakoak
dira. PGA eta BGA baino merkeagoak
dira

34. BGA enkaptsulatua
BGA:
Pinak soldaturiko estainozko bolatxoak
dira. Mikroprozesadoreetan erabilita, pin
normalak oso hauskorrak direlako.
Laukiaren iskin batean txaflan antzeko
bat dauka, adieraziz punta hori plakan
dagoen markarekin bat jarri beharko
dugula. Plaketan akastunak muntaia
egiteko aukera oso txikia da QFP aurka
konparatzen

35. TCP enkaptsulatua
TCP:
Siliziozko chipa film zintek forman
enkapsulatzen dira, tamaina
desberdinetan gertatu ahal dute,
tolostu ahal dute.
LCD driveetan erabiltzen dira gehien.

36. QFN enkaptsulatua
QFN:
QFP eta QFJren antzerakoa da, pinak
zelan urtetzen direzen bereisten dira.
Merkeak eta txikiak dira.

37. QFJ enkaptsulatua
QFJ:
QFP antzerakoak dira. Pin kopurua: 20tik
84-era. Karratuak edo laukizuzena izan
daitezke. Instalatu daitezke gainazalean
plakaren gainazalan bertan edota PLCC
Socket batean. Erabiltzen da memoria
Flashetan(BIOS), eta
mikrokontroladoreetan.

38. QFP enkaptsulatua
QFP:
SOP enkapsulatu bersio hobetuta da.
Popularrena da, gehien pinak erabiltzen
duena data. Pinak lau aldeetatik
banandutak daude.
Puntutik hasita pinak erlojuaren kontrako
noranzkoan zenbakitzen dira.

39. TSOP enkaptsulatua
TSOP:
Gainazaleko SOP-aren antzeko
soldaduarentzat baina pines-dentsitate
handiagoarekin kapsuletan sartuta. Hura
flash memorietara aplikatuta ikustea oso
ohikoa da.
SOP enkapsulatu baino argalagoa da

40. SOP enkaptsulatua
SOP:
Pinak bi albo luzeenetan banatzen dira.
Goikaldean marka batek adierazten du
lehenengo pinaren kokapena eta
erlojuaren kontrako norazkoan
zenbakitzen dira.

41. PGA enkaptsulatua
PGA:
Konexioko pinak beheko zatian jartzen
dira. Mikroprozesadorea egiteko
erabiltzen dira.Oinarrian pin matrize bat
dauka. BGA antzerakoak dira. Sartze
lotura.

42. SIP enkaptsulatua
SIP:
Normalean erabiltzen dira RAM-en txipak
egiteko. Lerro batean pinak 4-tik 24-ra
doaz eta plaketan bertikal erara
montatzen dira. Sartze-lotura

43. QR TTL zirkuiturik erabilienak

44. QR CMOS zirkuiturik erabilienak

45. 6. Bestelakoak
6.1. CMOS/TTL interfazeak
6.2. Kolektore irekiko irteera
6.3. Totem Pole
6.4. Hiru egoerako Buffer-a
6.5. Schmitt Trigger
Izaro Errasti Silloniz

46. CMOS/TTL interfazeak
Interfazea: ezaugarri elektriko
desberdinak dituzten eta elkarren
artean bateragarriak ez diren gailu,
zirkuitu edo sistema biren arteko
interkonexioa
TTL ↔ CMOS interfazeak
Motak: trasistoreekin, zaratarekiko
immuneak, kolektore irekikoak...

47. Kolektore irekiko irteera
TTL familian tentsio altuagoak
dituzten gailuak konektatzeko
Pull up erresistentzia ZI-tik kanpo

48. Kolektore irekiko irteera

49. Totem Pole – Push-pull output stage
TTL familiako espezifikoa
Oso potentzia disipazio
gutxi
→ T1: pull-up aktiboa
→ T2: “etengailua”

50. 3 irteera posible: 0, 1 eta Z
Hainbat zirkuituk irteerako bus edo lerro bera
erabiltzeko, edo seinaleak monitorizatzeko eragin
gabe
Gailuetako bat beti Z egoeran interferentziak
ekiditeko
Hiru egoerako Buffer-a

51. Kommutazio zikloa azkartzeko berrelikatze positiboa erabiltzen
duen konparatzailea
Histersia erabiltzen du zarata ekiditeko
Schmitt trigger – “Schmitt tirokatzailea”

52. Eskerrik asko!