Cmos

Cap´tulo 4 ı

Circuitos Integrados CMOS
La sigla CMOS corresponde al t´ rmino dado en ingl´ s a los circuitos que utilizan transistores e e MOS en forma complementaria (Complementary Metal Oxide Semiconductor), es decir, ocupan un transistor de canal N juanto a un transistor de canal P. El t´ rmino MOS es una versi´ n reducida e o del t´ rmino completo, MOSFET, que significa Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor. e

4.1

˜ Caracter´sticas de operaci´ n y desempeno ı o

En esta secci´ n se describen las caracter´sticas generales de operaci´ n de los circuitos integrados o ı o digitales CMOS. Con especial enfasis se tratan los circuitos HCMOS (High speed CMOS), de ´ la serie 74HCXX, por ser los m´ s utilizados actualmente. Su velocidad es comparable con los a integradosde la serie Schottky TTL de bajo consumo, (74LSXX). Otra serie CMOS muy utilizada hasta hace poco tiempo, es la CMOS 4000, sin embargo, hoy ha sido pr´ cticamente desplazada a por la 74HCXX. A continuaci´ n, desde una perspectiva comparativa con los TTL, se destacan las o caracter´sticas m´ s relevantes de los integrados digitales CMOS. ı a

4.1.1

Voltaje de alimentaci´ n o
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Loscircuitos bipolares TTL requieren una alimentaci´ n de o volts, tolerando s´ lo una peque˜ a o n . Los circuitos CMOS en cambio, permiten un rango de alimentaci´ n mayor, o desviaci´ n de o de +2 a +6 volts para las series HC y AC, y de +3 a +15 volts para las series 4000 y 74CXX. Sin embargo, existen dos series CMOS, la HCT y la ACT, que han sido dise˜ adas para ser compatibles n con loscircuitos TTL y por lo tanto requieren una alimentaci´ n de +5 volts. o

4.1.2
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Niveles de entrada
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Cuando una entrada TTL est´ en estado , entrega corriente al circuito que le est´ generando la a a se˜ al (t´picamente 0,25 mA para la serie LS). Esto debe ser considerado cuando se alimenn ı tan compuertas TTL con otro tipo de circuitos. Contrariamente, en un circuito CMOS no existe corrientede entrada. El umbral de entrada necesario en una compuerta TTL para provocar un cambio en la salida volts). Sin embargo, en la mayor es de alrededor de dos ca´das de voltaje de un diodo ( ı 39
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´ CAPITULO 4. CIRCUITOS INTEGRADOS CMOS

parte de las familias CMOS, este umbral es de alrededor de media fuente de alimentaci´ n, con una o dispersi´ n considerable, t´picamente deentre 1/3 y 2/3 de la fuente de poder. Las familias HCT y o ı ACT, compatibles con los TTL, han sido dise˜ adas para tener un umbral de entrada bajo, similar n a los TTL. Como vimos, esto se debe a que en los circuitos TTL la salida no llega a +5 volts. Las entradas CMOS son susceptibles a da˜ o permanente producto de la electricidad est´ tica n a durante su manipulaci´ n. Las entradas no utilizadasdeben ser conectadas a o a seg´ n correo u sponda.

4.1.3

Velocidad y potencia

Los circuitos TTL consumen considerable corriente en estado de reposo (quiescent current). Como vimos, mientras m´ s r´ pida es la serie TTL, menores son las resistencias internas y por lo tanto a a mayor es la corriente consumida en estado de reposo. La disipaci´ n de potencia en reposo de o todas las seriesCMOS es cero. Sin embargo, su consumo de potencia aumenta linealmente con la frecuencia de operaci´ n. Los circuitos CMOS pueden operar a frecuencias comparables a la o de los circuitos TTL. Cuando ambas familias, TTL y CMOS, funcionan a m´ xima velocidad, a consumen aproximadamente la misma potencia (ver figura 3.6). El bajo consumo de los CMOS en condiciones de baja frecuencia los hace atractivos ensistemas port´ tiles, como tel´ fonos celulares, a e calculadoras, Palms, etc., donde la menor disipaci´ n de potencia posible, es probablemente la o condici´ n de dise˜ o m´ s relevante. o n a

4.1.4

Inmunidad al ruido

Otra de las caracter´sticas sobresalientes de los integrados digitales CMOS es en la inmunidad al ı ruido. El valor de en los CMOS es de 1,4 volts y el de es de 0.9...