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I circuiti integrati

Le famiglie logiche

A seconda delle tecnologie con cui sono realizzati, i circuiti integrati si dividono in cosiddette famiglie logiche.

Una porta logica o un circuito logico più complesso, nelle famiglie logiche attualmente più diffuse, sono realizzate mediante l’assemblaggio di circuiti costituiti da transistor. Esistono due tipi fondamentali di transistor:

Ø I transistor BJT o transistor bipolari chiamati in questo modo per indicare che in essi sono presenti correnti di elettroni e di lacune

Ø I transistor MOS unipolari, chiamati in questo modo per indicare che in essi sono presenti soltanto correnti di elettroni o di lacune

I circuiti integrati realizzati mediante BJT appartengono alla famiglia logica delle TTL (Transistor Transistor Logic). I circuiti realizzati mediante MOS appartengono alla famiglia logica dei CMOS (Complementary MOS).

Le due famiglie fondamentali si suddividono poi in più sottofamiglie.

Le varie sottofamiglie sono successivi miglioramenti della standard per ottenere migliori prestazioni in termini di velocità di commutazione delle porte e basso consumo di potenza . dal punto di vista della velocità, le varie sottofamiglie si possono classificare nella seguente maniera, partendo dalle più veloci alle più lente

Velocità
VELOCI LENTE	AS
	S
	ALS
	LS
	STD

Dal punto di vista dei consumi, le varie famiglie logiche si possono classificare nel seguente modo da quelle a consumo più basso a quelle a consumo più alto.

Consumo
BASSO ALTO	ALS
	LS
	AS
	STD
	S

Esiste anche una sottofamiglia ormai in disuso denominata L (low power) ed una famiglia detta FAST prodotta soltanto dalla Fairchild.

Sigle

I vari integrati TTL contenenti porte logiche e circuiti logici sono identificati da una sigla che segue la seguente formattazione

XX74SSNN

Le XX rappresentano un prefisso specifico della casa costruttrice. Per, esempio la Texas Instruments fa precedere le sigle che si riferiscono a circuiti TTL o CMOS con il prefisso SN. La coppia di numeri 74 indica porte TTL (e porte CMOS HC che sono compatibili con le TTL, vedi oltre). Esiste una versione diversa delle TTL, sviluppata a suo tempo per applicazioni militari che usa come identificatore la coppia di cifre 54 in luogo di 74.

I caratteri SS identificano la sottofamiglia

Advanced Schottky	AS
Schottky	S
Advanced Low Schottky	ALS
Low Schottky	LS
Standard	___

Seguono poi alcune cifre che identificano il tipo di circuito. Ad esempio la sigla

74LS00

indica un integrato della sottofamiglia low schottky del tipo 00 che caratterizza le porte NOT, la sigla

7410

non presentando la coppia di caratteri centrale, indica porte standard, mentre la coppia di numeri 10 indica che si tratta di NAND a tre ingressi

Le caratteristiche principali di un circuito integrato si ricavano dalla lettura di documenti emessi dai produttori, detti fogli tecnici o data sheets. Le prime informazioni che possiamo ricavare sono gli absolute maximum ratings ovvero i limiti massimi non superabili di alcune grandezze elettriche. Dalla pagina riportata nel seguito, vediamo, ad esempio, che la tensione di alimentazione ( supply voltage V_CC) per le porte 00 TTL standard, schottky, low schottky, non può superare i 7 volt. La tensione sui morsetti d’ingresso standard e schottky non può superare i 5.5 volt, mentre per i low schottky può arrivare al massimo a 7 volt

Il campo di temperatura ambiente consigliato è fra i 0 e i 75° C per la serie 74 e fra –55°C e 125°C per la serie militare 54. la temperatura di conservazione (storage temperature range) è compresa fra –65°C e 150°C.

Dopo i valori massimi seguono valori di lavoro consigliati (recommended operating conditions).

Ad esempio, la tensione di alimentazione V_CCdeve essere compresa fra un minimo di 4,75 e un massimo di 5,25 volt per la serie 74, quindi con una tolleranza del ±5%, tolleranza che aumenta al 10% per la serie militare 54 visto che la tensione di alimentazione, in questo caso, può variare fra 4.5 e 5.5 volt.

Viene indicata poi la minima tensione d’ingresso per il livello logico alto (V_IH high level input voltage) che è di 2 volt; la massima tensione d’ingresso per il livello logico basso (V_IL low level input voltage) che è di 0.8 volt; la corrente sui morsetti di uscita a livello logico alto (I_OHhigh level output current) che è di –0.4mA (il segno meno è dovuto al fatto che le correnti per convenzione vengono indicate positive se entrano nella porta, mentre in questo caso sono in uscita); la corrente sui morsetti di uscita a livello logico basso (I_OLlow level output current) che è di 16 mA (le correnti per

convenzione vengono indicate positive se entrano nella porta, come in questo caso). Il progettista di circuiti elettronici deve dimensionare il suo circuito in modo che siano rispettati questi valori.

Abbiamo poi le caratteristiche elettriche che si avranno alla temperatura ambiente raccomandata ( electrical characteristic over recommended operating free-air temperature range). In questo caso non si tratta di valori che il progettista deve rispettare nel suo progetto ma di valori garantiti al costruttore. Il primo valore è la tensione di camping (V_IKinput clamp voltage) il cui valore massimo dichiarato è di –1.2 volt; il secondo valore è la tensione di uscita a livello logico alto (V_OHhigh level output voltage) il cui valore minimo è dichiarato pari a quello di alimentazione – 2 volt (quindi 3 volt con un’alimentazione di 5 volt); abbiamo poi la massima tensione di uscita a livello logico basso (V_OL low level output voltage) dichiarata pari a 0.5 volt; la massima corrente di ingresso a livello logico alto (I_IHhigh level input current) pari a 20 microampere; la massima corrente di ingresso a livello logico basso (I_ILlow level input current) pari a 20 microampere. Da notare come, per questi valori,