Parametrii electrici (II)

Parametrii electrici (II)

Competente:

Identifica componente electronice

Analizeaza montaje cu circuite integrate digitale

Imunitatea la zgomot

Pot exista mici variatii intre nivelul de tensiune nominala declarata la diverse circuite pentru 0 logic si 1 logic. Tensiuni coborand pana la 2V vor fi recunoscute ca 1 logic, iar tensiuni urcand pana la 0,8V vor fi recunoscute ca 0 logic, permitand prezenta in sistem a unui "zgomot" electric strain.

Zgomot este un termen utilizat pentru a descrie semnalele electrice nedorite ce iau nastere pe cablurile unui sistem. Provine din operatia de comutare normala a portilor logice, care poate genera interferenta in circuitele invecinate si pe linii, atat prin radiatie electromagnetica, cat si prin variatiile surselor de alimentare asociate.

Marginea sau marja de zgomot este nivelul de tensiune prezent ca zgomot electric care poate fi tolerat in sistem. El se exprima prin tensiunea de zgomot permisa care poate fi adunata sau scazuta dintr-un semnal logic generat, astfel incat semnalul logic sa fie inca recunoscut la intrare ca nivel logic.

In TTL, marjele de zgomot, atat la nivel logic 0 cat si la nivel logic 1, sunt de 0,4V. Aceste marje de zgomot sunt aplicabile zgomotului continuu de joasa frecventa (marje sau margini de zgomot de curent continuu).

Comportarea circuitelor logice sub influenta zgomotului discontinuu sau de foarte inalta frecventa poate fi, insa, considerabil diferita de cea manifestata in cazul zgomotului de joasa frecventa.

Zgomotele intalnite in sistemele logice pot fi :

zgomote externe (induse in sistem de mediul inconjurator);

zgomote in linia de alimentare (cuplate prin distribuirea in sistemul logic a alimentarii in curent continuu si / sau curent alternativ);

zgomote in linia de masa (induse in linia de masa din cauza buclelor de masa realizate necorespunzator);

zgomote de diafonie (sunt induse in liniile de semnal de catre liniile de semnal adiacente);

zgomote de la liniile de transmisie neadaptate, care determina aparitia reflexiilor (reflexii in liniile de transmisie).

Zgomotul este foarte greu de analizat. El este, de cele mai multe ori, o combinatie aleatorie a mai multor tipuri dintre zgomotele mentionate mai sus.

Imunitatea la zgomot a unei familii de circuite integrate este in stransa legatura cu frecventa maxima de lucru. Micsorarea timpului de raspuns al logicii determina micsorarea imunitatii la zgomot.

Puterea

In cataloagele de produse intereseaza in mod deosebit parametrul numit putere disipata.

P_d (puterea disipata) este definita ca fiind puterea absorbita de la sursa de alimentare de o poarta, la un factor de umplere de 50 si o frecventa suficient de joasa.

Cu cat creste complexitatea CI, disiparea de putere pe poarta trebuie sa scada (in directa legatura cu cantitatea de caldura ce poate fi disipata in jonctiunea semiconductorului).

Puterea consumata de portile logice depinde de starea intrarilor si iesirilor, adica de valorile logice pe care acestea le preiau.

De asemenea, puterea consumata variaza de la o familie de circuite integrate la alta. Circuitele integrate mai rapide vor consuma, de regula,  mai multa putere decat cele lente, dat tehnologia moderna a condus la performanta realizarii de circuite integrate digitale care consuma foarte putin, fiind, in acelasi timp, extrem de rapide.

Astfel, in cazul portilor TTL standard P_d este de 10mW/poarta; la circuitele CMOS P_d este de 1mW/poarta.

Tensiunea de alimentare

Circuitele CMOS se pot alimenta cu tensiuni V_DD avand valori intre 3V si 15V, sau intre 3V si 18V, depinzand de tipul acestora.

Comparativ, circuitele TTL standard accepta numai tensiuni de alimentare situate intre minim 4,75V si maxim 5,25V. (Valorile de tensiune se masoara fata de masa, daca nu este altfel specificat.)

Atat in cazul valorilor limita absolute cat si in cazul conditiilor de functionare recomandate, toate valorile de tensiune pentru circuitele CMOS sunt masurate in raport cu potentialul terminalului V_SS.

Viteza

Viteza dispozitivelor logice este data de intarzierea de propagare, sau timpul de propagare prin poarta.

Intarzierea de propagare este definita ca timpul necesar ca un digit binar sa fie propagat de la intrare la iesire.

td

Figura 13 Intarzierea de propagare

Fan-out Fan-in

Dispozitivele logice necesita curent electric la intrare pentru functionare, acesta depinzand de nivelul logic necesar si de tipul dispozitivului.

La iesirea portii, ele furnizeaza curent electric, care este, de asemenea, dependent de nivelul logic al iesirii si de tipul dispozitivului.

De multe ori, iesirea unei porti logice este intrare pentru o alta poarta logica din aceeasi familie. Daca iesirea unei porti poate furniza, in cele mai defavorabile conditii, suficient curent pentru a comanda maximum zece intrari, se spune ca are un fan-out egal cu 10.

FAN - IN se defineste ca numarul maxim de iesiri ce pot fi conectate in paralel la o intrare. FAN - OUT se defineste ca numarul maxim de intrari ce pot fi conectate la o iesire.

EXEMPLU:   Pentru porti TTL standard FAN - OUT = 10

	II	I0
Tabelul 8   STAREA L	1,6 mA	16 mA
STAREA H	40 mA	400 mA

FAN - OUT = I₀ / I_I

Avantajele utilizarii CI tip CMOS fata de circuitele integrate TTL sunt:

Problemele termice practic nu exista (decat daca circuitele CMOS lucreaza la frecvente apropiate de frecventa lor maxima si la tensiuni de alimentare mai mari de 10V );

decuplarea sursei de alimentare a circuitelor CMOS presupune utilizarea unui singur condensator pe placa ( in cazul circuitelor TTL fiind necesara decuplarea la alimentarea fiecarui circuit);

pentru circuitele CMOS, deoarece curentii de alimentare sunt foarte mici, nu sunt necesare precautii speciale (ca in cazul circuitelor TTL ), legate de lungimea si grosimea traseelor;

tensiunea de alimentare nu mai are valori atat de restrictive, ca in cazul circuitelor TTL.

marginea de zgomot este de 1,5V, fata de 0,4V la circuitele TTL;

consumul de putere este redus;

viteza de lucru este mare.

la nivel de sistem, schemele realizate cu circuitele CMOS sunt mai ieftine.

In scopul formarii unei imagini de ansamblu asupra performantelor diferitelor familii de circuite logice, prezentam tabelele orientative de mai jos:

Tabelul 9  Performanțe ale seriilor 4000 și 74xx00

Tabelul 10   Caracteristicile CI din seria 74xx

Tabelul 11 Caracteristicile CI din seria 4000