Manual Cmos.

7/17/2019 Manual Cmos.

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CMOSI N D I C E

- FENOMENOS DE LAS DESCARGAS ELECTROMAGNETICAS

DE LOS CMOS

- INDICE SEGUN LAS CARACTERISTICAS DE LOS CMOS



LA FAMILIA LOGICA CMOS

La familia lógica CMOS es, junto con la TTL, una de las familias lógicas máspopulares. Utiliza transistores MOSFT complementarios !canal " # canal $%como elementos &ásicos de conmutación. CMOS es una a&re'iación deComplementar# Metal O(ide Semiconductors !semiconductorescomplementarios de ó(ido metálico%. Los circuitos integrados digitales fa&ricadomediante tecnolog)a CMOS se pueden agrupar en las siguientes categor)as o

su&familias &ásicas*

CMOS ST+"+-TCMOS +LT+ LOC/+ !0C%CMOS COM$+T/1L CO" TTL !0CL%CMOS 2U/+L"T + TTL c

Familia CMOS

estándar

La familia CMOS estándar comprende principalmente los dispositi'os 3ue sedesignan como 4566 !4578, 4579%, etc.% : 4;66 !4;8<, 4;;=, etc.%. (isten dosseries generales de dispositi'os CMOS designadas >+? # >1?.Los dispositi'os de la serie >+? se designan con el sufijo + !por ejemplo 4577+%o simplemente no lo traen !4577 @ 4577+%. Todos los dispositi'os de la serie >1?lle'an el sufijo 1 !por ejemplo 45891%.La principal diferencia entre los dispositi'os de las series + # 1 está en 3ue losCMOS >1? contienen una circuiter)a interna de protección 3ue reduce el riesgode daAo del dispositi'o por el fenómeno de descarga electrostática .

e otro lado, los dispositi'os CMOS >1? tienen frecuencia de operación másaltas, tiempos de propagación más cortos # ma#or capacidad de salida !fanBout%3ue los dispositi'os de la serie >+?. n este curso se tra&aja con dispositi'os deam&as series !4566, 45661, 4;66 # 4;661% pero preferi&lemente con los e laserie 1

Características de los circitos

inte!rados

CM

OS

Las caracter)sticas más so&resalientes de lasfamilias CMOS estándares 45 # 4; son, a grandesrasgos, las siguientes*

!4C74, 4C7D4, rtc.%. Son pin por pin # función por función e3ui'alentes a los dispositi'os TTLcorrespondientes !especialmente a los de la serie4L%

Conser'an todas las caracter)sticas comunes alos dispositi'os CMOS estándares* &aja

disipación de potencia, &uena 'elocidad deoperación, amplios

"a#a disi$aci%n de$otencia.

s la 'entajamás

márgenes de oltaje, alta inmunidad al ruido, etc.Se espera 3ue la 4C sea la serie CMOS estándardel

so&resaliente. n estado de reposo, una compuerta



CMOS t)pica consume alrededor de 75 nano'atios.ste &ajo consumo de potencia simplifica el diseAo# el costo de la fuente de alimentación.$or esta razón, los circuitos integrados CMOS seutilizan e(tensamente en e3uipos operados porpilas o &ater)as.

"ena &erdad de o$eraci%n. Los circuitosintegrados CMOS son t)picamente más lentos 3uelos TTL pero suficientemente rápidos para lama#or)a de las aplicaciones. $ueden operar afrecuencias Easta de 75 MEz # tienen tiempos depropagación del orden de 75 a ;5 nanosegundospor compuerta.

Am$lios már!enes de tensi%n

de alimentaci%nLos dispositi'os de la serie 4566+ pueden operarcon tensiones entre = # 7; 'oltios # los de la

serie45661 con tensiones entre = # 7< 'oltios. Latensión de alimentación se designa como . +lgunos 'alores t)picos para son ; # 75. ste, amplio rango de alimentaciónpermite utilizar fuentes de 'oltajes noreguladas.Cuando se emplean circuitos TTL # CMOS en elmismo sistema, se utiliza generalmente una tensiónde alimentación de ;.Cuando Ea# circuitos TTL # CMOS tra&ajando atensiones diferentes de&en Eacerse compati&leslos ni'eles lógicos de am&as familias mediantecircuitos apropiados de interfase.

Los ni'eles de 'oltaje de 5 a 5.= , paraestado &ajo # de 5. para el estado alto.$or ejemplo, si se utiliza una tensión dealimentación de 75.Los dispositi'os CMOS interpretarán un 'oltajeentre 5 #= 'oltios como un estado lógico &ajo ó 5 #un 'oltaje entre # 75 'oltios con un estado lógicoalto ó 7.

futuro. s un ;5G más rápida 3ue las series 45 #4;, pero consume un ;5G más de potencia.

CMOS de alta 'elocidad. Comprende losdispositi'os designados como 40C66 #40C666 !40C<;,

40C==, etc.%. Tienen las mismas caracter)sticasde entrada # de alimentación de los dispositi'osCMOS estándares # son pin por pin compati&lescon los dispositi'os TTL. LS correspondientes!4LS<;,4LS==, etc.%.La serie 40C ofrece 'elocidades de operacióncompara&les a los de la serie 4LS TTL ScEottH#de &aja potencia # superiores a las de las series45, 4; #4C. n los demás aspectos, sus caracter)sticasson similares a las de estas Iltimas. Siguensiendo sensi&les al daAo por electricidadestática.

CMOS de alta 'elocidad con entradas TTL

Comprende los dispositi'os designados como40CT66 # 40CT666 !40C4, 40C795, etc.%.$oseen las mismas caracter)sticas de losdispositi'os 0C, e(cepto 3ue sus entradas soncompati&les con los ni'eles lógicos de TTL. Tienenla misma configuración de pines de los dispositi'osTTL ScEottH# de &aja potencia o LS.Los dispositi'os 0CT constitu#en la mejor alternati'a de 3ue se dispone actualmente paracon'ertir total o parcialmente sistemas &asadosen lógica CMOS.

COM'ARACION DE LAS FAMILIAS

LOGICAS

Una tecnolog)a ideal de&er)a producir dispositi'oscon una 'elocidad de operación mu# alta # unconsumo de potencia mu# &ajo. Como Eemos'isto. "inguna de las tecnolog)as antes analizadassatisface al mismo tiempo am&as condicionespor3ue las rápidas consumen más potencia #'ice'ersa.

n la figura siguiente se comparan cualitati'a #

Alta inmnidad alrido. Los circuitos CMOS

songráficamente las familias TTL 4, 4L, 40, 4S,4LS,

esencialmente inmunes al ruido electromagnJtico!M/% e(terno generado por aparatos elJctricos,l)neas de transmisión, descargas atmosfJricas,etc.sta caracter)stica los Eace e(celentes enaplicaciones industriales # automotrices, donde soncomunes los altos ni'eles de ruido.

Otros circitos inte!rados CMOS +demás de las series CMOS estándares 45 # 4;e(isten 'arias su&familias CMOS cada 'ez más

importantes. Las más conocidas son*

4+LS, 4+S # las familias CMOS 45, 4;, 4C,40C# 40CT, desde los puntos de 'ista de'elocidad # consumo de potencia.Como puede 'erse, los dispositi'os fa&ricadoscon tecnolog)a CMOS de alta 'elocidad !0C%son lo más pró(imo al ideal de familia lógica.La tecnolog)a 0C proporciona el mejorcompromiso entre 'elocidad de operación #consumo de potencia de todas las tecnolog)as defa&ricación de citcuitos integrados digitales.

CMOS e(i&alente aTTL.

Comprende los

dispositi'os designados como 4C66 # 4C666



ntre los dispositi'os TTL, e(clu#endo los de lasfamilias a'anzadas, so&resalen por suscaracter)sticas de 'elocidad # consumo losfa&ricados con tecnolog)a ScEottH# de &ajapotencia !LS%.

n el momento actual, la 4LS es la seriemás importante de la familia TTL # la másutilizada.

EL FENOMENO DE LAS

DESCARGAS ELECTROSTATICAS

DE LOS CMOS

Todos los dispositi'os CMOS son particularmentesuscepti&les al daAo por descarga electrostática!S% entre cual3uier par de pines.

La electrostática o electricidad estática consiste

en la creación, conciente o inconsciente, de losaltos 'oltajes en la superficie de un materialaislante por efecto de fricción o frotamiento.

sta sensi&ilidad a la carga estática se de&ea la e(tremadamente alta impedancia deentrada 3ue caracteriza a los transistoresMOS.

sta alta impedancia permiten 3ue se desarrollenfácilmente 'oltaje proEi&iti'os, capaces dedestruir la delgada capa de ó(ido aislante 3uesepara la compuerta del canal en estosdispositi'os.

La electricidad estática está siempre presenteen cual3uier am&iente de tra&ajo. Se generacada 'ez 3ue se frotan dos materialesdiferentes.

Cuando usted camina a tra'Js de una alfom&raen un d)a seco, usted genera un 'oltaje estático!crJalo% de=;555 !=; K% # manipulando una &olsaplástica usted genera 85555 !85 K%.

Un circuito integrado CMOS se destru#e con'oltajes estáticos entre 8;5 # =555 # cuandousted lo manipula inadecuadamente puedeaplicarle EastaD555 'oltios de electricidad estática.

l efecto inmediato de una descargaelectroestática de alto 'oltaje de un circuitointegrado CMOS es la destrucción definiti'a o eldeterioro a corto o largoplazo de la capa de ó(ido aislante 3ue separa lacompuerta del canal en sus transistores MOSFTde entrada.

l daAo por descarga electrostática de losdispositi'os CMOS puede ser controlado o inclusoeliminarse el uso de una estrategia apropiada depre'ención.

La idea &ásica detrás de la ma#or)a de tJcnicases mantener todos los pines del dispositi'o almismo potencial, para e'itar 3ue se desarrollen'oltajes

estáticos e(cesi'os entre ellos.

Otros mJtodos son puro sentido comIn* undispositi'o CMOS no de&e manipularse más de lonecesario. sto es aplica&le tam&iJn a dispositi'osTTL ScEottH# # en general a cual3uier circuitointegrado.

Los dispositi'os CMOS 'ienen generalmenteempacados en contenedores 3ue sir'en parareducir el riesgo de daAo por descargaelectrostática # mantienen todos los pines almismo potencial. Los contenedores más comunes!espumas # fundas% antiestáticas% se ilustran enla figura siguiente.

s prudente conser'ar los dispositi'os CMOS ensus contenedores originales Easta 3ue seatiempo de utilizarlos en el circuito de aplicación.Cuando se manipulan dispositi'os CMOS puedeser necesario adoptar precauciones e(tras parapre'enir descargas estáticas. Se recomienda, porejemplo, 3ue el usuario # la superficie de tra&ajoestJn puestos a tierra, esta Iltima a tra'Js de unaalta resistencia !8 a75 M%.

Otro mJtodo es incrementar la Eumedadrelati'a del sitio de tra&ajo. Las Eerramientastam&iJn de&erán estar preferi&lemente puestasa tierra.

Las tarjetas de circuito impreso # en general los

productos terminados 3ue contienen dispositi'osCMOS de&erán ser manipulados de la mismaforma 3ue los circuitos integrados indi'iduales #almacenarse en espumas o &olsas antiestáticas.

n resumen, e(isten tres reglas &ásicas parautilizar circuitos integrados CMOS # pre'enir sudaAo por electricidad estática*

7.B Conser'e el circuito integrado en sucontenedor original Easta 3ue sea insertado enel circuito de utilización.

8.B Conecte todas las entradas no utilizadas a un

ni'el esta&le esto es, en')elas al positi'o o alnegati'o de la fuente, dependiendo del circuito. "olas deje flotantes.

=.B -e'ise cuidadosamente la polaridad de lafuente de alimentación. l positi'o de&e ir alterminal identificado como o CC # el negati'oo tierra al terminal identificado como SS o " enel manual del fa&ricante o en las especificaciones.

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