Sem dúvida, a maioria dos leitores sabe que os circuitos integrados digitais da série TTL (74/54) trabalham com apenas dois níveis de tensão. A presença de tensão significa um nível alto ou HI, representado também por 1, e a ausência de tensão representa um nível baixo ou LO, também indicado por 0. Mas, se perguntarmos a estes leitores qual é a tensão mínima que um integrado reconhece como HI, ou ainda se é preciso que a tensão de entrada seja exatamente 5 V para que o circuito a reconheça como HI, a quantidade de dúvidas será enorme. Neste artigo abordaremos estes assuntos, com explicações importantes para todos os estudantes de eletrônica digital.
Os circuitos integrados da série TTL (74/54) se caracterizam por operarem com dois níveis de sinais apenas, representados por HI e LO (presença e ausência de tensão de entrada).
No entanto, como todos os componentes eletrônicos, estes integrados não podem ser fabricados com absoluta precisão nas suas características.
Assim, uma certa faixa de tolerância para as tensões de entrada e saída é perfeitamente admissível, de modo que se as respeitarmos não haverá problema algum de projeto.
Na figura 1 temos então uma configuração típica de porta TTL, da família 74 ou 54.
Conforme podemos perceber, existem transistores e resistores que possuem características próprias as quais resultam numa certa característica de transferência.
Esta característica de transferência nos dá o que o integrado interpreta como nível HI ou como nível LO , isso para as tensões de entrada.
Analisemos as características TTL de transferência de tensão para um integrado da família TTL, contendo uma porta NAND. (figura 2)
No eixo horizontal temos as tensões de entrada, e no eixo vertical as tensões de saída.
Para tensões de entrada de até 0,65V aproximadamente, a saída se mantém estável em torno de 3,8V.
O nível 0,65V é interpretado como baixo (LO) e o nível 3,8V é interpretado como alto (Hl).
Para tensões de entrada na faixa de 0,65 a 1,3V aproximadamente, a tensão da saída é indefinida, pois sofre uma queda acentuada de 3,8V até 0,6V aproximadamente. Esta é a faixa “proibida" pois temos a transição de 1 para 0.
Para tensões de entrada entre 1,3V e 2,8 V, a saída será de 0,6 V ou menos. O valor entre 1,3V e 2,8 V é interpretado como Hl (1) e o valor de 0,6V é interpretado como LO (0).
Veia então que existe uma "faixa proibida" em que o integrado não define níveis correspondentes a 0 ou 1.
Nas aplicações práticas é importante que os níveis de tensão sejam definidos dentro das faixas previstas pelas características de transferência de tensão dos integrados.
Assim, não é necessário que o nível LO ou 0 seja obrigatoriamente uma tensão de 0 V, do mesmo modo que o nível Hl ou 1 seja obrigatoriamente uma tensão igual à de alimentação, ou seja, 5 V.
O que é preciso é que os níveis correspondentes a H¡ e LO esteiam dentro das faixas previstas para que o integrado.os reconheça como tal.
Estes níveis são definidos pela figura 3 e podem ser analisados da seguinte forma:
Vu (que também já foi designado como Vin(g)) é o nível máximo de tensão que podemos aplicar na entrada de um integrado TTL para que ele ainda o reconheça como 0.
Este valor é tipicamente de 0,8 V.
VIH(que também foi designado como Vin(1) é o nível mínimo de tensão que podemos aplicar na entrada de um integrado TTL para que ele o reconheça como 1. Este valor é tipicamente de 2 V.
A faixa “proibida" fica então entre 0,8 e 2,0 V para vos integrados TTL.
Para as saídas, também temos as mesmas definições:
VOL (que também iá foi designado como Vout(0)é a tensão máxima que pode aparecer na saída de um integrado TTL quando ela se encontra no nível Lo.
Este valor é tipicamente de 0,4 V no máximo.
VOH (também designada como Vout(1); é a tensão mínima que aparece na saída de um integrado TTL quando no nível 1. Este valor é tipicamente de 2,4 V.
Veia então que definimos duas faixas de tensões para as entradas e saídas dos integrados TTL:
Características de entrada
0-0,8 V = nível 0
2 – 5 V = nível 1
Características de saída
0 - 0,4 V = nível 0
2,4 - 5,0 V = nível 1
Como estas grandezas também variam com a temperatura e até com flutuações da tensão de alimentação, podemos fazer um gráfico mais completo das características de transferência, conforme mostra a figura 4.
Este gráfico é válido para os integrados da série TTL (74/54).
É importante observar que o conhecimento destas características é essencial para a determinação da cargabilidade (fan-in e fan-out).
A cargabilidade nos dá a quantidade de entradas que podemos alimentar ou excitar a partir de integrados da mesma família.
Assim, se pudermos excitar 10 entradas TTL a partir de uma saída, sem que isso afete as tensões que sejam reconhecidas pelos níveis Hl e LO, dizemos que a cargabilidade ou fan-out é 10.
Para o caso da lógica TTL temos diversas subfamílias que possuem características de velocidade e consumo diferentes. Estas características devem ser consideradas no momento da interligação, havendo assim limitações quanto ao número de portas (entradas) que podem ser excitadas a partir de uma saída.
Regras de Fan-out para TTL
TTL Normal excita...
10 entradas TTL Normais;
40 entradas TTL Low Power;
6 entradas High Power TTL;
20 entradas Schottky Low Power TTL.
TTL Low Power excita...
2 entradas TTL Normais;
10 entradas Low Power TTL;
1 entrada TTL High Power;
5 entradas Schottky Low Power TTL.
TTL High Power excita...
12 entradas TTL Norma¡s;
40 entradas TTL Low Power;
“1O entradas TTL High Power; À
40 entradas Schottky Low Power TTL. .
TTL Schottky excita...
12 entradas TTL Normais;
40 entradas TTL Low Power;
10 entradas TTL High Power;
40 entradas TTL Schottky Low Power.
TTL Schottky Low Power excita...
5 entradas TTL Normais;
20 entradas TTL Low Power;
4 entradas TTL High Power;
4 entradas TTL Schottky;
10 entradas TTL Schottky Low Power.
Conclusão
Nas aplicações que envolvam os integrados TTL em geral não é preciso haver preocupação do projetista em relação a interligação de portas ou outras funções, desde que as limitações de cargabilidade sejam obedecidas.
As faixas que são interpretadas como níveis HI e LO se fazem muito mais importantes quando pretendemos excitar portas ou funções TTL a partir de circuitos lineares ou transdutores, ou ainda quando desejamos retirar o sinal de uma função TTL para excitar algum tipo de circuito linear.
Neste caso é muito importante saber o que podemos encontrar nas saídas e o que devemos aplicar nas entradas, para que não ocorram as surpresas de um funcionamento anormal.
