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EE610 Eletrônica Digital I Prof. Fabiano Fruett Email:
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2_b_2 Chaves em circuitos lógicos 2. Semestre de 2007
Portas de Transmissão
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Chaves analógicas
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Chaves de circuitos e sistemas envolvendo sinais analógicos que são controlados por sinais digitais. Também são chamadas de: portas analógicas portas de transmissão portas lineares circuitos de seleção de tempo Portas de Transmissão
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Configurações de chave : • Chave série • Chave paralela • Chave mista Se as chaves fossem ideais, não haveria base para escolher um tipo ou outro de chave. Entretanto as chaves não são ideais. Portas de Transmissão
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Aplicações dos circuitos de chaveamento • Multiplexação • Amostrador e segurador (Sample and Hold) • Controle de parâmetros em circuitos: – Amplificadores – Integradores – Filtros Portas de Transmissão
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Chaves analógicas com dispositivos semicondutores • Diodos, • transistores bipolares, • transistores de efeito de campo (JFET ou MOSFET) podem ser usados para implementar chaves analógicas. Portas de Transmissão
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Circuitos Lógicos com transistores de passagem Funções lógicas também podem ser implementadas através da combinação em série e paralelo de chaves que são controladas por variáveis lógicas de entrada.
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Lógica por chaves Pass-Transistor Logic (PTL) • Funções Boolenas implementadas através de uma rede de chaves. • Geralmente são implementadas com transistores MOS (transistores de passagem). • Transistores de passagem simplificam o projeto e ocupam menor área.
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Portas Conceituais empregando lógica por transistor de passagem Considere chaves ideais transmitindo e sendo acionadas por sinais digitais
Fonte: Sedra Portas de Transmissão
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Duas implementações possíveis para uma chave controlada por tensão
NMOS
Complementar Porta de Transmissão CMOS
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No projeto de circuitos PTL deve-se assegurar que todos os nós do circuito tenham a todo instante um caminho de baixa resistência para o VDD ou terra
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Operação do transistor NMOS como chave transmissão do nível alto
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Operação do transistor NMOS como chave transmissão do nível baixo
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Limitação da chave digital NMOS – Conduz bem a lógica 0; – Introduz uma queda de potencial na lógica 1. VDD
VDD – Vt “1 pobre”
VDD
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Técnicas para restaurar o nível de tensão de saída da chave NMOS • Restauração de nível através de realimentação. • Redução de Vt através de implantação iônica durante o processo de fabricação.
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Restaurador de nível
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Exercício: 2) Considere o transistor NMOS como chave, fabricado em uma tecnologia com µnCox=50 µA/V2, µpCox=20 µA/V2, |Vt0|=1 V, γ=0.5 V1/2, 2ΦF=0.6 V e VDD=5 V. Considere que o transistor tenha área mínima para essa tecnologia, ou seja, 4 µm/2 µm, e assuma que a capacitância total entre o nó de saída e o terra seja C=50 fF. (a) Para o caso em que vI esteja em nível alto, obtenha VOH. (b) Se a saída alimenta um inversor CMOS com (W/L)p=2.5(W/L)n=10 µm/ 2 µm, obtenha a corrente estática do inversor e sua dissipação de potência quando sua entrada for o valor encontrado am (a). Também obtenha a tensão de saída do inversor. (c) Obtenha tPLH (d) Para o caso em que vI subitamente chaveia de VDD para 0, obtenha tPHL. (e) Obtenha tP. • Sugestão: Para o cálculo dos itens c, d e e, considere a excursão limitada do sinal de saída v0. Compare os resultados obtidos com o exemplo 13.4 do Sedra.
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Chaves complementares controladas por tensão Gate Source
Drain
Lógica 1 no gate, Fonte e Dreno conectados
nMOS Transistor Gate Source
Drain
Lógica 0 no gate, Fonte e Dreno conectados
pMOS Transistor
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Porta de transmissão CMOS Aplicação analógica
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Fig. 5.64.18
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Circuitos equivalentes para visualização da operação da porta de transmissão na posição fechada
Fig. 5.6519
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Portas de transmissão em circuitos PTL Aplicação digital
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Porta de transmissão CMOS em circuitos digitais NMOS é bom em passar os 0's mas limitado em passar os 1's PMOS é bom em passar os 1's mas limitado em passar os 0's Chaves eficientes usam esses dois transistores em paralelo: Control
Control
In
Out
Control
In
Control
Out
In
Out
Control
Control
Switches
Transistors
Transmission or "Butterfly" Gate
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Porta de transmissão como Chave & Bom em passar 0 ou 1 & Baixa potência consumida & Excelentes para implementar circuitos PTL & Simplificam o projeto de circuitos lógicos ' Maior área ocupada ' Maior capacitância Portas de Transmissão
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Exemplos de circuitos Lógicos PTL Multiplexador dois-para-um
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Exemplos de circuitos Lógicos PTL Função ou-exclusivo
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Porta AND complementar com PTL
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Exercício 3) Desenhe um multiplexador PTL com decodificador automático de dois bits de entrada (C1 e C2). Nomeie as entradas de X1, X2, X3, X4 e a saída de Y.
Exercício 4) Desenhe um circuito com lógica de transistor de passagem complementar (CPL) XNOR e XOR de três entradas A, B e C.
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