ing sistemas

Tema 3. Análisis y diseño de
circuitos combinacionales
• Análisis y diseño de circuitos con puertas
lógicas
• Módulos combinacionales

Análisis y diseño de circuitos con
puertas lógicas
• Caracterización de los circuitos electrónicos
digitales.
• Circuitos con puertas lógicas. Análisis
funcional y temporal. Peligros lógicos.
• Implementaciones en dos niveles y multinivel
(NAND/NOR).• Dispositivos programables.

Circuitos digitales
• Un circuito digital se puede realizar en diversas tecnologías:
mecánica, electromecánica, óptica, magnética, pero en la actualidad
se utiliza la tecnología microelectrónica (nanoelectrónica) basada en
dispositivos
electrónicos
realizados
sobre
materiales
semiconductores, normalmente Silicio .
• Ninguna otra tecnología permite laintegración de millones de
dispositivos operando conjuntamente de forma fiable en un espacio
tan reducido a tan alta velocidad.
Válvula de
vacío

Relé

Circuitos digitales
• Los circuitos digitales basado en relés (relevadores) utilizan el
concepto de conmutador para implementar las funciones lógicas.

"1"

x

y

NO

"1"

NC

y=x

x

"1"

x

y

z

z
z=x

z=xyx
"1"

z
y

z= x+y

Circuitos electrónicos digitales
• Un circuito electrónico digital corresponde a un circuito formado
por circuitos electrónicos activos (transistores, diodos, etc) y
pasivos (resistencias, condensadores, etc) conectado entre
tensión de alimentación (Vcc ó Vdd) y tierra (Gnd). En las
entradas se introducen valores de tensión entre Gnd y Vcc y en la
salida seobtienen valores de tensión entre Vcc y Gnd.
• Tanto en la entrada como en la salida los valores están
cuantificados, de forma que en una primera aproximación se
pueden dividir en dos rangos un nivel de tensión alto L (0 lógico,
entre Gnd y Vl) y un nivel de tensión bajo H (1 lógico, entre Vh y
Vcc).
Vcc

Vin1
Vin2
Vin3

Vout

Circuitos electrónicos digitales
• Clasificación portamaño:
Circuitos SSI (small-scale integration): menos de 10 puertas
lógicas .
Circuitos MSI (medium-scale integration): 10-100 puertas lógicas.
Circuitos LSI (large-scale integration): 100-1000 puertas lógicas.
Circuitos VLSI (very-large-scale integration) más de 1000 puertas
lógicas. Ahora mismo se fabrican circuitos con millones de puertas
lógicas.
• Clasificación por filosofía de diseño:Circuitos electrónicos SSI/MSI (elementos discretos).
Dispositivos Lógicos Programables ("PLDs").
Gate Arrays ("Matrices de puertas").
Standard Cells.
Full Custom.

Circuitos electrónicos digitales
Circuitos SSI/MSI

Gate Arrays

PLDs

Standard Cells

Full Custom

Circuitos electrónicos digitales.
Circuitos básicos: Puertas NAND
Circuito Bipolar
(TTL)

Circuito
BiCMOSCircuito MOS
(CMOS)

Circuito
GaAs

Circuitos MOS
•

•

Los circuitos electrónicos digitales se realizan en la actualidad en
tecnología CMOS (con transistores NMOS y PMOS), tiene las
ventajas de una alta capacidad de integración, y en el modelo
ideal un consumo de potencia estática nulo.
Los transistores MOS pueden modelarse idealmente como
conmutadores, según el voltaje aplicado ala tensión de puerta
(Gate):
Id
Id
En los transistores NMOS:
D
D
Tensión baja L => Transistor OFF
G
G
Tensión alta H =>Transistor ON
En los transistores PMOS:
Ig ≈ 0A
Ig ≈ 0A
S
S
Tensión baja L => Transistor ON
PMOS
NMOS
Tensión alta H =>Transistor OFF
Vdd

Vin2

Vdd
S

PMOS

G

Vout

Vin

D
Id

Vin1
NMOS

P1

G

D

Vout

N1
S

Puerta NOT
Si Vin= 0V, N1 OFF, P1 ON
Vout = Voh = Vdd.
Si Vin = Vdd, N1 ON, P1 OFF
Vout = Vol = 0V.

Circuitos MOS
Puertas lógicas básicas
Vdd

Puertas lógicas
complejas CMOS
Vdd

NAND

NOR

Vdd
C

A

Z

A

Z

B

A

D
B
Z

B
A
B

En la zona NMOS:
transistores en serie => AND
transistores en paralelo => OR
En la zona PMOS:
transistores en serie => OR
transistores en...