CMOSINDICE - FENOMENOS DE LAS DESCARGAS ELECTROMAGNETICAS DE LOS CMOS - INDICE SEGUN LAS CARACTERISTICAS DE LOS CMOS Los circuitos integrados digitales fabricado mediante tecnología CMOS se pueden agrupar en las siguientes categorías o subfamilias básicas: CMOS ESTANDART CMOS DE ALTA VELOCIDAD (HC) CMOS COMPATIBLE CON TTL (HCL) CMOS EQUIVALENTE A TTL c Familia estándar CMOS La familia CMOS estándar comprende principalmente los dispositivos que se designan como 40XX (4012.) Y 45XX (4528. 4553. 40XXB.). los dispositivos CMOS “B” tienen frecuencia de operación más altas. La principal diferencia entre los dispositivos de las series A y B está en que los CMOS “B” contienen una circuitería interna de protección que reduce el riesgo de daño del dispositivo por el fenómeno de descarga electrostática . etc. En este curso se trabaja con dispositivos de ambas series (40XX. De otro lado. tiempos de propagación más cortos y mayor capacidad de salida (fan-out) que los dispositivos de la serie “A”. 4019). Los dispositivos de la serie “A” se designan con el sufijo A (por ejemplo 4011A) o simplemente no lo traen (4011 = 4011A). una compuerta (74C14.). etc. 74C164. junto con la TTL. CMOS es una abreviación de Complementary Metal Oxide Semiconductors (semiconductores complementarios de óxido metálico). etc. a grandes rasgos. sobresaliente. rtc. Utiliza transistores MOSFET complementarios (canal N y canal P) como elementos básicos de conmutación. Se espera que la 74C sea la serie CMOS estándar del . Existen dos series generales de dispositivos CMOS designadas “A” y “B”. alta inmunidad al ruido. En estado de reposo. buena velocidad de operación. 45XX y 45XXB) pero preferiblemente con los e la serie B Características integrados CM OS de los circuitos Las características más sobresalientes de las familias CMOS estándares 40 y 45 son. una de las familias lógicas más populares. amplios márgenes de oltaje. Todos los dispositivos de la serie “B” llevan el sufijo B (por ejemplo 4029B).LA FAMILIA LOGICA CMOS La familia lógica CMOS es. Son pin por pin y función por función equivalentes a los dispositivos TTL correspondientes (especialmente a los de la serie 74L) Conservan todas las características comunes a los dispositivos CMOS estándares: baja disipación de potencia. las siguientes: Es la ventaja Baja disipación de más potencia. Las más conocidas son: Comprende los CMOS equivalente a TTL. 74LS373. . Comprende los dispositivos designados como 74HCXX y 74HCXXX (74HC85. En los demás aspectos. 74S. se utiliza generalmente una tensión de alimentación de + 5V. Pueden operar a frecuencias hasta de 10 Mhz y tienen tiempos de propagación del orden de 10 a 50 nanosegundos por compuerta. 74HC y 74HCT. Los niveles de voltaje de 0 a 0. excepto que sus entradas son compatibles con los niveles lógicos de TTL. etc.). para estado bajo y de 0. Amplios márgenes de tensión de alimentación Los dispositivos de la serie 40XXA pueden operar con tensiones entre + 3 y + 15 voltios y los de la serie 40XXB con tensiones entre + 3 y + 18 voltios. etc. Por esta razón. Alta inmunidad al Los circuitos CMOS ruido. CMOS de alta velocidad. amplio rango de alimentación permite utilizar fuentes de voltajes no reguladas. Por ejemplo. 74HC373. 74AS y las familias CMOS 40. sus características son similares a las de estas últimas. 74L. Los dispositivos CMOS interpretarán un voltaje entre 0 y3 voltios como un estado lógico bajo ó 0 y un voltaje entre 7 y 10 voltios con un estado lógico alto ó 1. 74H.3 VDD. COMPARACION DE LAS FAMILIAS LOGICAS Una tecnología ideal debería producir dispositivos con una velocidad de operación muy alta y un consumo de potencia muy bajo. 74C.). La serie 74HC ofrece velocidades de operación comparables a los de la serie 74LS TTL Schottky de baja potencia y superiores a las de las series 40. Algunos valores típicos para VDD son +5V y + 10V. Los circuitos integrados CMOS son típicamente más lentos que los TTL pero suficientemente rápidos para la mayoría de las aplicaciones. los circuitos integrados CMOS se utilizan extensamente en equipos operados por pilas o baterías. Esta característica los hace excelentes en aplicaciones industriales y automotrices. Este. Este bajo consumo de potencia simplifica el diseño y el costo de la fuente de alimentación. CMOS de alta velocidad con entradas TTL Comprende los dispositivos designados como 74HCTXX y 74HCTXXX (74HC74. Tienen las mismas características de entrada y de alimentación de los dispositivos CMOS estándares y son pin por pin compatibles con los dispositivos TTL. 74HC190. Los dispositivos HCT constituyen la mejor alternativa de que se dispone actualmente para convertir total o parcialmente sistemas basados en lógica CMOS. Cuando hay circuitos TTL y CMOS trabajando a tensiones diferentes deben hacerse compatibles los niveles lógicos de ambas familias mediante circuitos apropiados de interfase. Otros circuitos integrados CMOS Además de las series CMOS estándares 40 y 45 existen varias subfamilias CMOS cada vez más importantes. Poseen las mismas características de los dispositivos HC. LS correspondientes (74LS85. pero consume un 50% más de potencia.CMOS típica consume alrededor de 10 nanovatios. etc. La tecnología HC proporciona el mejor compromiso entre velocidad de operación y consumo de potencia de todas las tecnologías de fabricación de citcuitos integrados digitales. líneas de transmisión. Siguen siendo sensibles al daño por electricidad estática. son esencialmente inmunes al ruido electromagnético (EMI) externo generado por aparatos eléctricos. 74LS. Como hemos visto.). los dispositivos fabricados con tecnología CMOS de alta velocidad (HC) son lo más próximo al ideal de familia lógica. Tienen la misma configuración de pines de los dispositivos TTL Schottky de baja potencia o LS. La tensión de alimentación se designa como VDD. 45 y 74C. Cuando se emplean circuitos TTL y CMOS en el mismo sistema. Es un 50% más rápida que las series 40 y 45. Ninguna de las tecnologías antes analizadas satisface al mismo tiempo ambas condiciones porque las rápidas consumen más potencia y viceversa. desde los puntos de vista de velocidad y consumo de potencia. descargas atmosféricas. 45. Como puede verse.7 VDD para el estado alto. En la figura siguiente se comparan cualitativa y gráficamente las familias TTL 74. Buena verdad de operación. si se utiliza una tensión de alimentación VDD de 10V. donde son comunes los altos niveles de ruido. etc. 74ALS. dispositivos designados como 74CXX y 74CXXX futuro. Otros métodos son puro sentido común: un dispositivo CMOS no debe manipularse más de lo necesario. excluyendo los de las familias avanzadas. Esta alta impedancia permiten que se desarrollen fácilmente voltaje prohibitivos.Revise cuidadosamente la polaridad de la fuente de alimentación. La electrostática o electricidad estática consiste en la creación. EL FENOMENO DE LAS DESCARGAS ELECTROSTATICAS DE LOS CMOS Todos los dispositivos CMOS son particularmente susceptibles al daño por descarga electrostática (ESD) entre cualquier par de pines. conciente o inconsciente. Se recomienda. Otro método es incrementar la humedad relativa del sitio de trabajo. Las tarjetas de circuito impreso y en general los productos terminados que contienen dispositivos CMOS deberán ser manipulados de la misma forma que los circuitos integrados individuales y almacenarse en espumas o bolsas antiestáticas. 2.. Las herramientas también deberán estar preferiblemente puestas a tierra. para evitar que se desarrollen voltajes estáticos excesivos entre ellos. usted genera un voltaje estático (créalo) de 35000 V (35 KV) y manipulando una bolsa plástica usted genera 20000 (20 KV). Esta sensibilidad a la carga estática se debe a la extremadamente alta impedancia de entrada que caracteriza a los transistores MOS. esta última a través de una alta resistencia (2 a 10 M). existen tres reglas básicas para utilizar circuitos integrados CMOS y prevenir su daño por electricidad estática: 1. la 74LS es la serie más importante de la familia TTL y la más utilizada. dependiendo del circuito.Conecte todas las entradas no utilizadas a un nivel estable. . El daño por descarga electrostática de los dispositivos CMOS puede ser controlado o incluso eliminarse el uso de una estrategia apropiada de prevención. La electricidad estática está siempre presente en cualquier ambiente de trabajo. de los altos voltajes en la superficie de un material aislante por efecto de fricción o frotamiento. Esto es aplicable también a dispositivos TTL Schottky y en general a cualquier circuito integrado. Cuando usted camina a través de una alfombra en un día seco.. capaces de destruir la delgada capa de óxido aislante que separa la compuerta del canal en estos dispositivos.Conserve el circuito integrado en su contenedor original hasta que sea insertado en el circuito de utilización. En resumen. Cuando se manipulan dispositivos CMOS puede ser necesario adoptar precauciones extras para prevenir descargas estáticas. envíelas al positivo o al negativo de la fuente. sobresalen por sus características de velocidad y consumo los fabricados con tecnología Schottky de baja potencia (LS). por ejemplo. Los dispositivos CMOS vienen generalmente empacados en contenedores que sirven para reducir el riesgo de daño por descarga electrostática y mantienen todos los pines al mismo potencial. En el momento actual. No las deje flotantes. Es prudente conservar los dispositivos CMOS en sus contenedores originales hasta que sea tiempo de utilizarlos en el circuito de aplicación. La idea básica detrás de la mayoría de técnicas es mantener todos los pines del dispositivo al mismo potencial. El positivo debe ir al terminal identificado como VDD o VCC y el negativo o tierra al terminal identificado como VSS o GND en el manual del fabricante o en las especificaciones. Los contenedores más comunes (espumas y fundas) antiestáticas) se ilustran en la figura siguiente. que el usuario y la superficie de trabajo estén puestos a tierra.Entre los dispositivos TTL. esto es. 3.. Se genera cada vez que se frotan dos materiales diferentes. Un circuito integrado CMOS se destruye con voltajes estáticos entre 250 y 3000 V y cuando usted lo manipula inadecuadamente puede aplicarle hasta 6000 voltios de electricidad estática. El efecto inmediato de una descarga electroestática de alto voltaje de un circuito integrado CMOS es la destrucción definitiva o el deterioro a corto o largo plazo de la capa de óxido aislante que separa la compuerta del canal en sus transistores MOSFET de entrada.