niveles de tensión circuitos digitales discretos
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Materiales y Dispositivos Electrónicos -
Universidad Nacional de Tucumán 1
Circuitos DigitalesNiveles de tensión
discretos
Circuitos Digitales Binarios
Dos niveles de tensión
VH → 1
VL → 0
Circuito Inversor
VI VO
VI VO
1 0
0 1
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2
VI VO
VI VO
00
VDDVDD
VOH
VMAX
Vmin
VOL
VIH
VMAX
Vmin
VIL
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INVERSOR IDEAL
VM → Umbral lógico o Punto de transición
0 ≤ 𝑉𝐼𝑁 < 𝑉𝑀 → 𝑉𝑂 = 𝑉+
𝑉𝑀 ≤ 𝑉𝐼𝑁 < 𝑉+ → 𝑉𝑂 = 0
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INVERSOR NMOS
0 < VIN < VTH MOS → CORTADO V0 = VDD
VIN
Vout
VDD
VTH
VTH < VIN MOS → CONDUCE 𝑉0 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷𝑆 × 𝑅𝐿
Vout
VIN
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INVERSOR REALNiveles Lógicos
𝑉𝑀𝐼𝑁 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉0cuando 𝑉𝐼𝑁 = 𝑉+
𝑉𝑂𝐿 valor 𝑉0
cuando 𝑑𝑉0
𝑑𝑉𝐼= −1
𝑉𝑂𝐻 valor 𝑉0
cuando 𝑑𝑉0
𝑑𝑉𝐼= −1
𝑉𝑀𝐴𝑋 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑉0cuando 𝑉𝐼𝑁 = 0
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Rango de tensión VIN
que produce un “1” lógico de salida
Rango de tensión VIN
que produce un “0” lógico de salida
INVERSOR REAL
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7
INVERSOR REALMargen de ruido
Inversor M
Niveles de tensión de salida
Inversor N
Niveles de tensión de entrada
𝑁𝑀𝐻 = 𝑉0𝐻 − 𝑉𝐼𝐻
Margen de Ruido del nivel Alto
𝑁𝑀𝐿 = 𝑉𝐼𝐿 − 𝑉0𝐿
Margen de Ruido del nivel Bajo
El margen de ruido se calcula tomando la peor situación
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8
VI
VO
00
VDDVDD
VOHmin
VMAX
Vmin
VOLMAX
VIHmin
VMAX
Vmin
VILMAX
VI
VDD
Nivel bajo peor caso
𝑉0𝐿𝑀𝐴𝑋
𝑉𝐼𝐿𝑀𝐴𝑋
Para conectar dos inversores en cascada
Nivel alto peor caso
𝑉0𝐻𝑚𝑖𝑛
𝑉𝐼𝐻𝑚𝑖𝑛
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Rise time Fall time
INVERSOR REALTiempos de conmutación
𝑡𝑃𝐻𝐿 → 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑚𝑢𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑎 𝑏𝑎𝑗𝑜
𝑡𝑃𝐿𝐻 → 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑚𝑢𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑜 Retardo de propagación
𝑡𝑃 =1
2𝑡𝑃𝐻𝐿 + 𝑡𝑃𝐿𝐻
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INVERSOR NMOS
Vout
VIN
0 < VIN < VTH MOS → CORTADO V0 = VDD → VH
VIN
Vout
VDD
VTH
VTH < VIN MOS → CONDUCE
IDS Óhmico o Saturado Resolver desigualdad
𝑉0 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝐼𝐷𝑆 × 𝑅𝐿
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V0
VI
RL
RDS
D
S
VDD
V0=VDS
INVERSOR NMOS
Para VI ≤ VTH MOS no conduce →llave abierta
V0 = VDD →VHMAX = VDD
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V0
VI
RL
RDS
D
S
VDD
INVERSOR NMOS
Para VTH ≤ VI MOS conduce →llave cerrada
𝑉0
𝑉0 = 𝑉𝐷𝐷𝑅𝐷𝑆
𝑅𝐷𝑆 + 𝑅𝐿Para VI = VDD si el MOS esta
en zona óhmica𝑅𝐷𝑆 =
1
𝛽 𝑉𝐷𝐷 − 𝑉𝑇𝐻
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Materiales y Dispositivos Electrónicos -
Universidad Nacional de Tucumán13
INVERSOR NMOS
VMAX = VDD
𝑉𝑀𝐼𝑁 =𝑉𝐷𝐷
1 + 𝑅𝐿𝛽 𝑉𝐷𝐷 − 𝑉𝑇𝐻
• Para que el nivel de salida bajo sea próximo a cero
𝑅𝐿 ≫ 𝑅𝐷𝑆 𝑉𝑀𝐼𝑁 ≈ 𝑉𝐷𝐷𝑅𝐷𝑆𝑅𝐿
𝑉𝑀𝐼𝑁 = 𝑉𝐷𝐷𝑅𝐷𝑆
𝑅𝐷𝑆 + 𝑅𝐿
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INVERSOR NMOS
Circuito para obtener RL de gran valor con poca área de silicio
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Retardo del Inversor
Capacitor del inversor siguiente
𝑉1 𝑡
𝑉2 𝑡
𝑉3 𝑡
← 𝜏 →
← 𝑘𝜏 →
← 1 + 𝑘 𝜏 →
𝑘 =𝑅𝐿𝑅𝐷𝑆𝜏 = 𝑅𝐷𝑆 × 𝐶𝐿
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16
VER 12 º Clase (0) Mie 2-10 Energía y potencia en conmutación 6002L22
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Potencia
RL
RDS
D
S
VDD
RL
RDS
D
S
VDD
𝑉0 → 𝑉𝐻
𝑃𝐸1 = 0
𝑉0 = 𝑉𝐷𝐷𝑅𝐷𝑆
𝑅𝐷𝑆 + 𝑅𝐿
𝑃𝐸2 =𝑉𝐷𝐷2
𝑅𝐷𝑆 + 𝑅𝐿 𝑃𝐷 = 𝐶𝐿𝑉𝐷𝐷2 × 𝑓
𝑃𝐸 =𝑃𝐸1 + 𝑃𝐸2
2𝑃𝐸 =
1
2
𝑉𝐷𝐷2
𝑅𝐷𝑆 + 𝑅𝐿
𝑃 = 𝑃𝐸 + 𝑃𝐷
𝑃 ≈𝑉𝐷𝐷2
2𝑅𝐿+ 𝐶𝐿𝑉𝐷𝐷
2 × 𝑓
31
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32
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INVERSOR NMOS
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Compuerta NAND
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Compuerta NAND
35
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36
Compuerta NOR
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Compuerta NOR
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Función LOGICA
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Efectos debido a la miniaturización de los circuitos MOS
`
C LW D ´C C L W D LW D
2I WV LD 2 3 2 2`I I WV LD WV LD
2 2´ L V L V
`C C
`I I
2
S̀W SWP P 2
D̀C DCP P DCP IV2 3
SWP CV WV DL
2L V
`
`
`
W W
L L
D D
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Aplicaciones: Circuitos LógicosTecnología CMOS
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Inversor (NOT)
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Aplicaciones: Memorias RAM
Materiales y Dispositivos Electrónicos -
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Se almacena un “1” en la celda cargando el
condensador mediante una VG en fila y VD en bit
La lectura se hace aplicando VG en fila y midiendo la
corriente en la línea bit
La lectura es un proceso destructivo. Hay que
restaurar el valor leído
SRAM
DRAM
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Aplicaciones: Memorias ROM
Materiales y Dispositivos Electrónicos -
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EPROM
MOSFET ROM
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Aplicaciones: CCD
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CMOS sensor
CCD