TECNOLOGIA TTL

1. SÉRIES DA FAMILIA TTL:

Os circuitos integrados da família TTL são encontrados em duas series denominadas 74 (para uso comercial) e 54 (para uso militar).

Originalmente, os circuitos integrados foram destinados para uso militar onde tamanho, consumo e potencia e confiabilidade era preponderante.

Porém em 1964, surgiu a versão comercial de custo inferior. Respeitando-se algumas especificações, os dispositivos da série 54 são compatíveis com os da série 74.

A tecnologia TTL se apresenta em duas séries:

74XX – série comercial

54XX – série militar

Características:

Série 74XX                                                                                     Série 54XX

Temperatura:  0 a 70ºC                                                 Temperatura:  -55 a 125ºC                                          

Alimentação:  4,75 a 5,25V                                           Alimentação:   4,5 a 5,5V

2. CLASSIFICAÇÃO DO PROCESSO DE INTEGRAÇÃO:

Até 1964, os dispositivos semicondutores eram encapsulados individualmente. Assim sendo, a montagem de portas lógicas e sistemas digitais era feita através de componentes discretos (resistores, diodos, transistores etc..).

O primeiro passo no desenvolvimento dos circuitos integrados foi a fabricação de uma porta lógica em uma única pastilha de silício e seu encapsulamento num embalagem própria. Verificou-se, então, que muitas portas lógicas poderiam ser fabricadas em uma única pastilha e encapsuladas em um único invólucro.

Assim sendo, em um circuito integrado, são encontrados muitos transistores, diodos e resistores sobre a mesma pastilha de silício, formando portas lógicas ou circuitos lógicos mais complexos, objetivando um menor custo, menor tamanho e maior confiabilidade.

O processo de integração pode ser classificado como:

• SSI – Small Scale Integration .............(Integração de até 12 portas).        
• MSI – Médium Scale Integration..........(Integração de 13 até 99 portas)
• LSI – Large Scale Integration...............(Integração de 100 a 1000 portas)
• VLSI -  Very Large Scale Integration....(Integração de mais de 1000 portas)

3. NUMERAÇÃO DOS PINOS DE CONEXÃO DOS CI:

É feita no sentido anti-horário em relação a marca de referencia existente no CI.

Alguns integrados possuem terminais NC (No Internal Connection)

4. TIPOS DE FAMÍLIAS TTL :

Desde a introdução da primeira família (Standart) de circuitos integrados lógicos TTL, surgiram novas técnicas de projetos, bem como novos processos e tecnologias de fabricação de circuitos. Isto permitiu o surgimento de novas famílias que apresentam vantagens e desvantagens entre si.

Os principais tipos de famílias existentes no mercado e suas respectivas identificações estão mostrados na tabela abaixo:

Num CI o tempo de atraso de propagação é o tempo necessário para que uma mudança nas entradas de um circuito lógico altere as suas saídas.

Quanto menos tempo de atraso de propagação, maior é velocidade de operação de um circuito lógico.

5. COMPARAÇÃO ENTRE AS FAMILIAS LÓGICAS:

Esta comparação pode ser resumida na tabela abaixo:

6. TIPOS DE CIRCUITOS DE ENTRADAS E SAIDAS:

Uma característica dos circuitos integrados TTL é entender como nível lógico alto as entradas em aberto.

Embora o funcionamento do circuito integrado seja semelhante quando se tem um nível lógico alto aplicado as suas entradas, ou quando estas estão em aberto, esta última condição não deve ser considerada em projetos, pois um terminal em aberto aumenta a possibilidade de inteferencia de ruídos externos.

Além disso, quando as entradas dos dispositivos lógicos mudam de estado lentamente, vários problemas podem ser encontrados e, por isso, foram desenvolvidas outras tecnologias para os circuitos de entrada.

6.1) TIPOS DE ENTRADAS

• Convencional: Do jeito que o sinal chega, ele é aplicado no terminal do CI, sem nenhum tratamento e isso pode causar vários problemas durante o chaveamento dos dipositivos.
• Schimitt Trigger: O sinal sofre um “tratamento” antes de chegar ao terminal do CI. Não importando o tipo de forma do sinal, ao passar pelo circuito Schimitt Trigger o sinal sai retangular.

Simbologia de um CI Schimitt Trigger:

6.2) TIPOS DE SAÍDAS:

• Saída Totem Polem:
• Saída Open Collector:
• Saída Tri-State:

SAÍDA TOTEM POLEM:

Esta configuração de saída possui normalmente em sua estrutura interna, um transistor conectado ao +Vcc, permitindo alimentação de cargas altamente capacitivas.

SAÍDA OPEN COLLECTOR (COLETOR ABERTO):

Configuração de saída que não possui internamente um resistor ligando o coletor de saída ao +Vcc. Este resistor, chamado de PULL UP (Rp) deve ser conectado externamente para que o dispositivo funcione corretamente.

SAIDA TRI-STATE (TRES ESTADOS):

Configuração de saída que pode fazer com que ele apresente uma alta impedância (terceiro estado) em relação à linha na qual esta conectada. Neste caso, é como se o dispositivo estivesse desligado da linha.

Isto permite conectar várias saídas em uma mesma linha de dados, possibilitando que apenas uma forneça nível lógico alto ou baixo, sem danificar os outros dispositivos.

Este tipo de saída é fundamental, pois permite interligar numa única via de dados, diversos circuitos integrados, facilitando o projeto de sistemas digitais mais complexos.

Os estados que esta configuração apresenta são:

• Estado 0 – nível lógico baixo
• Estado 1 – nível lógico alto
• Tri State – Alta impedância

7. COMPARAÇÃO ENTRE AS FAMILIAS TTL:

Para o desenvolvimento de projetos de sistemas digitais, vários fatores devem ser considerados na escolha da família e da tecnologia de fabricação de circuitos integrados a serem utilizados.

8. COMPATIBILIDADE:

Velocidade (tempo de atraso de propagação);

Consumo de potencia;

Freqüência de operação;

fan-in e fan-out;

Parâmetros de tensão e corrente de entrada e saída e

tipos de circuitos de entrada e saída.

9. EFICIENCIA:

A eficiência dos projetos que envolvem circuitos integrados digitais é medida considerando-se principalmente a relação entre:

Velocidade;

Consumo de potencia e,

Freqüência de operação

Quanto maior a velocidade (menor tempo de atraso de propagação) e menor o consumo (dissipação de potencia), mais eficiente é o sistema. A freqüência máxima de operação, embora relacionada à velocidade, um fator importante, principalmente nos sistemas digitais que processam informações sincronizadas com pulsos de clock.

10. RELAÇÃO VELOCIDADE X CONSUMO X FREQUENCIA MÁXIMA.

A tabela abaixo, mostra, para efeito de comparação, valores típicos de tempo de atraso de propagação, consumo de potencia e freqüência máxima de operação para os circuitos integrados de diversas famílias.

A coluna atraso x consumo serve como referencia para mostras a eficiência das diversas famílias de circuitos integrados.

Desta forma, considerando-se apenas estes aspectos, pode-se observar que família ALS é mais eficiente (atraso x consumo = 4) enquanto que a família H é a menos eficiente (Atraso x consumo = 132).

11. COMPATIBILIDADE:

As famílias de circuitos integrados TTL, são compatíveis entre si. Entretando, para evitar falhas operacionais, é necessária a verificação de algumas especificações como:

• Fan-in: Corresponde á carga que a entrada de um bloco lógico representa para o conjunto de saídas que está conectado a ela.

• Fan-out: É o número de blocos lógicos que pode ser conectado à saída de outro bloco lógico sem causar degradação do nível lógico.

• Tipos de circuitos de entrada e saída;

• Freqüência máxima de operação

Compatibilidade entre as famílias TTL, pode ser resumida no quadro abaixo:

NOTAS:

IiL – corrente de entrada (input) quando o nível lógico for baixo.

IiH – corrente de entrada (input) quando o nível lógico for alto.

IoL – corrente de saída (output) quando o nível lógico for baixo.

IoH – corrente de saída (output) quando o nível lógico for alto.

O fan-in é uma especificação que deve ser levada em considerada principalmente quando se fizer conexão de várias saídas OPEN COLLECTOR a uma única entrada.

Como o fan-out é um número definido para portas lógicas de mesma família,  a quantidade de portas lógicas que pode ser ligada numa saída é diferente quando existe a mistura de famílias, sendo, por isso, necessário o conhecimento dos parâmetros de corrente de entrada e de saída das portas lógicas.

12. PARAMETROS EM CORRENTE CONTINUA:

• Corrente Positiva: Corrente que entra num terminal de entrada ou saída de um dispositivo.

A corrente positiva de entrada de um dispositivo quando uma tensão em nível alto igual a tensão mínima de saída em nível alto especificada para a família, é aplicada a esta entrada.

• Corrente Negativa: Corrente que sai por um terminal de entrada ou saída de um dispositivo.

13. CÓDIGOS DE FABRICANTES:

Existem diversos fabricantes de circuitos integrados. A identificação do fabricante é possível através do seu prefixo, como mostra a tabela abaixo:

14. CÓDIGOS DE CIRCUITO INTEGRADOS

Cada circuito integrado recebe um código de identificação através do qual é possível conhecer, além do fabricante, várias características técnicas como:

Série;

Tipo de família;

Função lógica;

Tipo de encapsulamento;

A tabela abaixo, mostra vários códigos de identificação de circuitos integrados e seus respectivos fabricantes.

15. SIGNIFICADO DOS CÓDIGOS:

Os significado dos códigos de todos os componentes dos diversos códigos de identificação dos circuitos integrados são encontrados nos manuais de seus respectivos fabricantes.

Apenas para efeito de exemplificação, abaixo estão apresentados dois códigos de identificação com o significado de todos o seus componentes.

16. NORMAS TÉCNICAS

A maioria do manuais de circuitos integrados digitais utiliza a simbologia de acordo com norma técnica ANSI. Entretanto, existem outras normas para a apresentação dos dispositivos digitais utilizadas em projetos de empresas brasileiras (ABNT) e européias (IEEE).

O nome de uma norma técnica refere-se a sigla do órgão que a criou e possui vários códigos que diferenciam as diversas áreas de aplicação.

A tabela abaixo, apresenta quatro destas normas e seus respectivos órgãos, bem como, as principais características relativas à simbologia adotada na área de eletrônica digital.

Apesar da ABNT , tanto no Brasil como na maioria dos países do mundo, a norma mais utilizada é a ANSI, tanto por questões culturais (padrão americano) e comerciais como, também, devido a sua grande simplicidade.