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Beniamino Cuomo
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1 Invertitore logico (NOT) La caratteristica di trasferimento in tensione (VTC) Per un ingresso logico 0, cioè v I V IL l'uscita logica è 1, cioè v O V OH ; per ingresso 1 cioè v I V IH uscita 0, cioè v O V OL. Si definisce: regione di transizione quella compresa fra v IL e v IH. margine di rumore per ingresso basso NM L la massima ampiezza di un segnale di rumore v N che non provoca commutazione dell'uscita NM L =V IL V OL margine di rumore per ingresso alto NM H analogamente NM H =V OH V IH. Nota: le tensioni dono riferite all'ingresso ed all'uscita dello stesso circuito. G. Martines 1

2 Esempio di Invertitore logico MOS La trans-caratteristica di uno stadio CS approssima la VTC di un invertitore. La regione di transizione coincide con il funzionamento in regione di saturazione. G. Martines 2

3 Invertitore logico Definizione delle soglie e degli altri valori critici V IL e V IH sono definiti come i punti cui corrisponde una pendenza -1 della VTC. V M, la tensione di soglia logica corrisponde alla condizione v I =v O sulla VTC e si considera il punto in cui l'invertitore cambia stato Immunità al rumore si definisce il valore minimo dei margini di rumore G. Martines 3

4 VTC di un inverter MOS a carico resistivo si noti che, in base alle definizioni, la V IL è in regione di saturazione e V IH in regione di triodo. G. Martines 4

5 Caratteristica di trasferimento in tensione (VTC) di un inverter logico ideale G. Martines 5

6 Figure di merito dell'inverter Se il punto di commutazione dell'uscita è l'istante in cui la tensione in uscita raggiunge il 50% della sua escursione, allora il tempo di propagazione t PHL e quello t PLH sono mostrati con riferimento ad un segnale di ingresso ideale. Si definisce: tempo di propagazione: t P = t PLH+t PHL 2 massima frequenza di commutazione f max = 1 2t p prodotto ritardo-potenza (power-delay product) PDP=P D t P prodotto ritardo-energia (energy-delay 2 product) EDP=CV DD t P /2 G. Martines 6

7 Misura dei tempi di propagazione spesso come generatore del segnale di ingresso si usa una porta della stessa famiglia logica G. Martines 7

8 Inverter logico con singolo interruttore controllato in tensione La rete di pull-up (PUN) è costituita dalla resistenza R, la rete di pull-down (PDN) da un interruttore controllato in tensione con resistenza R on quando è chiuso. Il circuito consuma potenza statica quando l'uscita è bassa. G. Martines 8

9 Circuiti equivalenti per il funzionamento dinamico a) per la transizione low-high: C rappresenta l'insieme delle capacità associate agli ingressi delle porte connesse all'uscita dell'inverter che deve caricarsi perché la tensione di uscita possa passare da V OL a V OH. R PU è la resistenza equivalente della rete di pull-up dell'inverter. b) per la transizione high-low: C rappresenta la capacità equivalente che deve caricarsi perché la tensione di uscita possa passare da V OH a V OL. R PD è la resistenza equivalente della rete di pull-down dell'inverter. G. Martines 9

10 Funzionamento dinamico dell'inverter con singolo interruttore G. Martines 10

11 Inverter logico con doppio interruttore controllato in tensione La rete di pull-up è costituita da un interruttore controllato in tensione che si chiude quando v I è bassa. La rete di pull-down è costituita da un interruttore controllato in tensione che si apre quando v I è bassa. G. Martines 11

12 Invertitore CMOS G. Martines 12

13 Funzionamento inverter CMOS con ingresso alto G. Martines 13

14 Funzionamento inverter CMOS con ingresso basso G. Martines 14

15 Caratteristica di trasferimento in tensione dell'inverter CMOS G. Martines 15

16 Corrente nell'inverter CMOS G. Martines 16

17 Classificazione gerarchica dei circuiti logici G. Martines 17

18 Gli invertitori ripristinano il segnale digitale G. Martines 18

19 Le famiglie logiche attualmente più diffuse G. Martines 19

20 Porte logiche elementari Simboli e tabelle di verità G. Martines 20

21 Realizzazione porta NOR con rete di pull-up resistiva e interruttori l'interruttore è chiuso quando la relativa variabile di controllo è vera (1) G. Martines 21

22 Rete di pull-down CMOS per una porta NOR Equivale a quella con interruttori; il transistore conduce quando il gate è al livello alto di tensione. L'uscita è a livello basso se almeno uno dei transistori conduce. Ricorda che Ȳ=A+B equivale a Y=A+B G. Martines 22

23 Rete di pull-up CMOS per una porta NOR Il transistore conduce quando il gate è al livello basso di tensione. Y è a livello alto solo se entrambi i transistori conducono. Ricorda la legge di De Morgan: A+B= Ā B G. Martines 23

24 Struttura base delle porte logiche elementari CMOS La rete di pull-up contiene transistori MOS a canale P mentre quella di pull-down contiene transistori MOS a canale N. Nell'esempio si considera una porta logica a tre ingressi. Se si considera una porta logica con un solo ingresso si ottiene il NOT CMOS. I simboli più utilizzati per i MOSFET nei circuiti digitali G. Martines 24

25 Porta NOR CMOS a due ingressi G. Martines 25

26 Realizzazione porta NAND con rete di pull-up resistiva e interruttori l'interruttore è chiuso quando la relativa variabile di controllo è vera (1) G. Martines 26

27 Rete di pull-down CMOS per una porta NAND Equivale a quella con interruttori; il transistore conduce quando il gate è al livello alto di tensione. L'uscita è a livello basso solo se entrambi i transistori conducono. Ricorda che Ȳ= A B equivale a Y= A B G. Martines 27

28 Rete di pull-up CMOS per una porta NAND Il transistore conduce quando il gate è al livello basso di tensione. Y è a livello alto se almeno uno dei transistori conduce. Ricorda la legge di De Morgan: A B=Ā+ B G. Martines 28

29 Porta NAND CMOS a due ingressi G. Martines 29

30 Esempio di realizzazione di una Rete Combinatoria Rete a quattro ingressi ed una uscita G. Martines 30

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