Lojik Entegre Devre Çeşitleri
Endüstriyel uygulamalarda TTL ve CMOS entegreleri en yaygın kullanılan iki
entegredir. Bunların dışında çok yüksek çalışma hızının istendiği yerlerde
ECL entegresi kullamlır.
TTL Lojik entegreleri (74XX)
Ern çok kullanılan lojik entegredir. TTL türü IC ‘ler 74XX serisi ile belirtilirler.
(7400,7446,…v.b.)74 ‘den sonraki rakamlar IC içerisindeki lojik kapının türünü
belirler. Bu entegre içersindeki kapılar Transistör- Transistör mantığına göre
dizayn edilmişlerdir. Birçok kapıyı bünyesinde bulundururlar. Orta ve yüksek
hızlı olarak imal edilen birçok TTL modeli vardır. Besleme voltajı 5 V olup
voltaj çıkış değeri 3 V ve üstü ise lojik 1 çıkışı, 3 V ‘un altında ise lojik
O çıkışı verir. TTL girişlerinde çok emiterli transistör kullanılır. Bu nedenle
TTL entegreleri hızlı çalışan entegreler gurubuna girer. TTL NAND esasına
dayalı bir mantık fonksiyonudur.
TTL (Transistor-Transistor Logic) Entegreler:
Yapılarında bipolar transistörler kullanılır. Besleme gerilimleri 5V’tur. CMOS entegrelere göre güç kayıpları çok fazladır.
•Standard TTL (74XXX ailesi): en eski, yavaş ve güç kayıpları çok fazla
•Low Power TTL (74LXXX ailesi): daha az güç kayıpları
•Schottky TTL (74SXXX ailesi): hızlı fakat güç kayıpları fazla
•Low Power Schottky TTL (74LSXXX ailesi): hızlı ve düşük güç kayıplarına sahip
•Advanced LS TTL (74ALSXXX): hız-güç kayıpları oranı çok iyi
•FAST TTL (74FXXX): hız ve güç kayıpları açısından en iyi TTL entegresi
74 Serisi lojik entegreler
Transistör Transistör Lojik – Genel Bilgiler
En çok kullanılan entegre devre tipidir. TTL türü IC ‘ler 74XXserisi ile belirtilirler. Bu serideki entegre içersindeki kapılarTransistör- Transistör mantığına göre dizayn edilmişlerdir. birçoklojik kapıyı barındırırlar. orta ve yüksek hızda birçok TTL tipientegre mevcuttur. Besleme Voltajları 5 V tur ve 3 V’un altı Lojik 0, 3volt ve üstünde Lojik 1 çıkış üretirler. TTL girişlerinde Çok emiterlitransistör kullanıldığı için Hızlı çalışan Entegrelerdir.
Bu seride 74xx00 numarası tipinde bir kaç tip entegre devre ailesivardır. burdaki XX 2 harfi göstermektedir ve geride kalan 00 danumaraları temsil eder. mesela 74LS00 yada 74HC00 gibi.diğer tip birailede de ortadaki harfler bulunmaz, mesela 7400 gibi.74 SerisiEntegreler TTL türü entegrelerdir. 74 den sora gelen rakamlar entegredevre içerisindeki lojik kapının türünü belirler.
74XXX ailesi (Standard TTL) : yavaş ve güç kayıpları çok fazla olan en eskiseridir.
74LXXX ailesi (Low Power TTL): bu serinin güç kayıpları daha azdır.
74SXXX ailesi (Schottky TTL ): bu seri entegrelri hızlıdır fakat güç kayıpları da fazladır
74LSXXX ailesi (Low Power Schottky TTL ): hızlı ve düşük güç kayıplarına sahip
74ALSXXX (Advanced LS TTL ): hız-güç kayıpları oranı çok iyidir.
74FXXX ailesi (FAST TTL): Güç kayıpları ve Hız açısından en iyi TTL entegresidir.
74LS tipi entegreler (Low-power Schottky) ailesi TTL entegreleri hızlı olup daha fazla güce ihtiyaç duyarlar.74HCtipi entegreler yüksek hızlı CMOS devrelerdir,TTL hızı ile çok az güçtüketen 4000 serisinin birlşetirilmesi ile oluşturulmuştur. 74LSailesiyle ayn pin çıkışları olacak şekilde düzenlenmiştir. 74 HCgirişlerinin 74LS çıkışları ile sürülmesi güvenli değildir. çünkü lojik0 için kullanılna Voltaj aralığı uygun değüildir. bunun yerine 74HCTkullanılmalıdır.74HCT ailesi 74HC ve 74LS TTL ailesininözel olarak birleştirilmiş bir versiyonudur, dolayısıyla 74HCT serisibir entegre uygun bir şekilde 74 LS ile aynı sistemde güvenlekullanılabilir. aslında 74HCT ailesi birçok devrede 74LS yerinekullanılabilir.
bu entegreler statik elektrik açısından hassastırlar. bir pine dokunmakstatik olarak şarj olmasına sebep olabilir ve entegre devreyibozabilir. entegre devreler kullanma zamanına kadar koruma kılflarındatutulmalıdır
74HC ve 74HCT ailesi Genel karakteristikleri
74HC besleme: 2 to 6V, düşük salınımlar tolere edilmiştir.
74HCT besleme : 5V ± 0.5V, regüleli kaynak kullanılmalıdır..
Girişleri yüksek empedansa sahiptir. bu iyi bir özelliktirçünkü, bağlandığı devrenin bölümüne etki etmez. Fakat bağlanmayanpinler kolayca elektriksel gürültüleri toplayabilir. ve bu durum çipinkararsız davranmasına sebep olabilir ve kaynak akımını önemli derecedeartırabilir. bunu engellemek için kullanılmayan girişler +Vs yada 0 V abağlanmalıdır.
Kapı yayılım zamanı: Yaklaşık 10ns dir
Frekans: 25MHz e kadar.
Güç Tüketimi :çok düşüktür, µW seviyesindedir, bu güç değeri örneğin yaklaşık 1MHz frekans değerindedir.
74LS Ailesi TTL Karakteristik özellikleri:
Besleme: 5V ±0.25V, besleme salınımsız olmalı ve en iyisiregüleli kaynak kullanılmalı.. normal bir besleme için bir tane 0.1µFkondansatör kullanılmalıdır. bu sayede pik ler engellenmiş olur.
Çıkışlar: 16 mA e kadar. daha yüksek akım gerektiğinde transistör bağlanmalıdır.
Fan-out (çıkış Kapasitesi):: 1 tane çıkış 10 adet 74LS girişinisürebilir, eğer sürülecek giriş 74HCT serisinden ise bu sayı dahafazladır..
Kapı yayılım zamanı Yaklaşık 10 ns
Frekans: yaklaşık 35MHz e kadar.
Güç tüketimi :µW seviyesindedir.
CMOS Lojik entegreleri (40XX)
CMOS entegreler 40 serisi ile belirtilirler. 4 ‘den sonraki rakamlar IC ‘nin
fonksiyonunu yani ne tür lojik kapı kullanılacağım gösterir. Entegre üzerindeki
B harfi geliştirilmiş koruma düzeni olduğunu gösterir. B kodlu CMOS lar
endüstriyel uygulamalar için çok uygundur. Fet-Mosfet mantığına göre dizayn
edilmişlerdir.
TTL entegresinin daha gelişmiş şeklidir. Ancak çalışma hızları (yayılım
hızları) oldukça yavaştır. TTL ve ECL ye göre CMOS idealbir mantık entegresidir. Oldukça
geniş bir besleme aralığında çalışır ( 3 – 18V). Çalışırken çok
küçük
güç kullanır. CMOS ‘ ların giriş empedansları oldukça yüksektir.
Ancak bu durumun sakıncalı tarafı da vardır. Yüksek giriş empedansı nedeniyle
kullanılmayan uçlar üzerinde gerilim yüklenmesi olur. Entegre içerisinde
kullanılmayan kapıların bağlantı uçları besleme hattına bağlanmalıdır. Aksi
taktirde istenmeyen
çıkışlar meydana gelir.
ECL Lojik Entegre (10000) :
ECL tipi lojik entegreler günümüzde kullanılan en hızlı entegrelerdir. Çalışma hızı
500 MHZ’e kadar çıkabilir. Çok h
ızlı olmalarına rağmen gerilim seviyeleri dengesizdir.
Devre plaketi üzerine yerleştirme planı çok iyi yapılmalıdır.
Gürültü başlıkları TLL ve CMOS a göre iyi değildir. Bu sakıncalarından dolayı
çok yüksek hızı gerektiren durumlar dışında endüstride çok yaygın olarak
kullanılmazlar. ECL 10000 serisi ile adlandırılır. -5V luk kaynakla beslenir, ECL nin başka bir
avantajıda birbirinin tersi olan iki çıkışının olmasıdır.
TTL ve CMOS Entegrelerinin karşılaştırılması:
ÖZELLİKLERİ
TIL
CMOS
Besleme voltajı
5V DC
3 V -18 V DC
Gerekli akım
Miliamper
Mikroamper
Giriş empedansı
Düşük
Çok yüksek
Anahtarlama hızı
Hızlı
Yavaş
Çıkış kapasitesi
10
50
Güç harcaması
20mW
2mW
Tetikleme palsi
50MHz
25MHz
Besleme toleransı
%20
%50
Çıkış kapasitesi: Bu değer TTL içİn 10 ‘dur. Yanibir adet TTL çıkışından
10 adet başka bir TTL devresi girişi beslenebilir. Çıkış empedansı yüksekolan
CMOS da bu adet 50 dir.
Kullanılmayan uçlar : TTL ve CMOS entegrelerinin kullanılmayan
uçları kesinlikle boşta bırakılmamalıdır. Uygulamada kullanılmayan uçlar
kaynağın (+) veya (-) ucuna bağlanır. Aksi durumda entegrelerinçıkışlarında istenmeyen durumlar ortaya çıkar. Aşağıda Şekil ‘de aynıözelliklere sahip TTL ve CMOS entegreleri iç
bağlantıları ile birlikte görülmektedir.
LOJİK ENTEGRELER
Entegre hir çok sistemin bir araya gelerek bir bütün oluştumıasından meydana
gelmiştir.
Entegreler; elektronik devrelerde kullanılan transistör, direnç, kondansatör
ve diyot gibi devre elemanlan içeren ve yonga adı verilen yan
iletken bir kristaldir. Bu elemanlar yonga içerisinde birbirlerine bağlanarak
bir devre
oluştururlar. Oluşan bu devrenin uygun yerlerinden dışarıya bacaklar (pinler)
çıkanlır. Daha sonra yonga :-):-):-):-)l veya plastik bir kılıflakaplanarak dış etkenlerden
korunur. Böylece bir entegre devre elde edilmiş olur. Elde edilen bu entegrenin,
boyutları ve aynı ölçüde de maliyeti oldukçaazalmıştır. Günümüz teknolojisiningelişmesinde
entegre devrelerin çok önemli bir yeri vardır. Entegrelerin maliyetlerinin
ve boyutlarının her geçen gün küçülmesi, çalışmalıızlarının çok yüksek olması
endüstrideki kullanım alanını da o kadar büyütmektedir.
Entegreler, kısaca Integrated Circuit
kelimelerinin baş harfleri olan lC harfleriyle simgelenirler. IC ler genellikle
standart paketlere sahip olup, dışarıya
çıkanlan bacak sayılan 8 ile 200 arasında değişmektedir. Tüm entegre
(IC) paketlerinin
üzerinde nümerik kodlar vardır. Bu kodlar sayesinde entegrenin tipini
ve içerisinde bulundurduğu devrenin özelliklerini öğrenebiliriz. Entegre
devreler
genel olarak
iki kategoride toplanır.
Bunlar; Lojik (mantık) entegreler ve doğrusal (lineer)
entegrelerdir:
Lineer entegreler ( örneğin opamplar ) genellikle gerilim
yükseltme, doğrultma… vb gibi işlemlerde kullanılır.
Lojik entegreler
(sayısal entegreler)
ise kapı devrelerinden oluşmuşlardır. Günümüzde sayısal (1-0) devrelerde
lojik entegreler kullanılmaktadır.
Entegrelerin düşük maliyet ve çok az yer kaplamaları nedeniyle elektronik
endüstrisinde çok geniş kullanmaalanları olduğunu söylemiştik. Bu devrelerden
bazıları şunlardır;
Güç yükselteçleri, sayıcılar, aritmetik üniteler, gerilim düzenleyiciler, radyo
ve TV devreleri, işlemsel yükselteçler…vb. gibi birçok elektronik devrede
kullanılır.
Entegreler yapılarına göre de sınıflandırılır. Dış kılıflarına göre :-):-):-):-)l,
plastik ve seramik olmak üzere üç guruba ayrılır. Ancak seramik gövdeli entegreler
kırılgan ve pahalı olmaları nedeniyle günümüzde kullanılmazlar.
Entegreler bozuldukları zaman genellikle tamirleri yoluna gidilmez. Bozulan
entegre atılarak yerine yenisi monte edilir. Bu tip işlemlerin daha pratik
yapılabilmesi için standart soketler üretilmiştir. Bazı devrelerde entegreler,
soketlerin üzerlerine monte edilir. Böylece entegrenin sökülmesi veya montaj
ı çok daha pratik olur
Entegreler içerisinde kapasite oluşturmak ekonomik değildir. Çünkü bu devre
elemanı entegre içerisinde fazla yer kaplar ve entegre boyutunun büyümesine
sebeb olur.
Lojik entegreler bünyelerinde bulundurdukları kapı sayısına göre de sınıflandırılırlar.
Bunlar ;
SSI (Küçük Ölçekli Entegre) : Bünyesinde 1 ile 20 arasında
lojik kapı bulundurur. Örneğin, 7400 modeli entegre içerisinde 4 adet nand kapısı bulunduru"
MSI ( Orta Ölçekli Entegre) : Bünyesinde 20 ile 100 arasında
lojik kapı bulundurur. Örneğin, flip-floplar, sayıcılar.
LSI (Büyük Ölçekli Entegre) : Bünyesinde 100 ile 10000 arasında
lojik kapı bulundurur. Örneğin 4 ve 8 bidik mikroişlemciler.
VLSI ( Çok Büyük Ölçekli Entegre) : Bünyesinde 10000 den fazla lojik kapı bulundururlar.
Örneğin, 16-32 bitlik mikroişlemciler, hafıza devreleri, bilgisayar devreleri.
Günümüzde bünyesinde 200 bin den fazla lojik kapı bulunduran entegre yongaları
yapılabilmektedir. Her lojik kapının içerisinde en az 2 adet transistör bulunur.
Bu durumda bir lojik entegre içerisinde yüzbinlerce transistör oluşturulabileceğini
söyleyebiliriz. ÖrneğinPentiummikroişlemcisi bünyesinde 5,5 milyonadettransistör
bulundurur.
Aşağıda çeşitli tiplerdeki entegrelerin resimleri görülmektedir.
Her bir entegredeki temel devre NAND veya NOR kapısıdır. Lojik entegre adını
kapı devrelerinin yapımında kullanılan elektronikma1zemeden alır. Günümüzde
kullanılan bazı entegre tipleri şunlardır ;
1. RTL – (Resistör – Transistör Lojik) Direnç- Transistör mantığı
2. DTL –
Diod Transistör mantığı
3. RTL -( High – Threshold Lojik) Yüksek seviye mantığı
4. TIL -Transistör –
Transistör mantığı
5. ECL – Emiter – Kuplaj mantığı
6. DCTL – Direkt – Kuplaj Transistör mantığı
7. MOS – :-):-):-):-)l- Oksit yarı iletken
mantığı
8. CMOS – Tümler – :-):-):-):-)l yarı İletken
Yukarıda saydığımz entegrelerin (lojik ailesi) karakteristik özellikleri (parametreleri)
birbirinden çok farklıdır. Kuracağımız sistemin özelliklerine gör
e entegreyi
seçeriz. Bunun için de entegrelerin parametrelerini bilmemiz gerekir. Şimdi
bu parametreleri inceleyelim ;
İ-Besleme voltajı (power supply voltage): Entegrenin besleme gerilimini belirler.
Bazı entegrelerde besleme voltajının toleransı da belirtilebilir.
2- Yayılırn gecikmesi (propagation delay): Bir lojik devrenin girişine verilen
bilgiye göre çıkışın değişim hızını nano saniye cinsinden gösterir. Bir mantık
kapısı kendi girişinde meydana gelen değişikliğe anında cevap vermez yani bir
zaman gecikmesi olur. Bu gecikmeye yayılma gecikmesi denir. TTL için 5nsn dir.
PLC,bilgisayar v.b. yerlerde yayılım hızı maksimum olan devreler tercih edilir.
3-Güç harcaması (Power dissipation): Devrenin harcadığı güç miktannı gösterir.
Harcanan güç mili watt cinsinden olur. Devrenin ça1ışma hızıyla doğru orantılı
olarak değişir. (Pilli devrelerde minumum güç harcayan IC ‘ler tercih edilir.)
4-Çıkış kapasitesi (Fon out): Devrenin çıkışına bağlanacak maksimum yük miktannı
belirler. Çıkış kapasitesinin değeri lojik kapının çıkışına bağlanacak kapı
adedini belirler.
S-Gürültü miktan (Noise immunity): Gürültümiktarı devrenin çıkışındaki bilgilerin
hata oranını belirler. Yani çıkışta 1 değerli sinyal O değerli sinyal gibi
veya bunun tersi gibi görünmesi durumu. Gürültü miktarı (milivolt cinsinden)
ne kadar az olursa çıkış bilgileride o kadar hatasız olur. Kapınıngürültüyü
bastırabilme kabiliyetine, o kapının gürültü başlığı denir.
6-Pals frekansı (Clock frequency): Digital devrenin girişine uygulanacak tetiklerne
palsinin MHz cinsinden :frekansını belirler.
İncelediğimiz parametrelere göre ideal bir entegrenin özelliklerini şu şekilde
sayabiliriz :
1. Hızlı çalışmalı
2. Güç harcaması minimum olmalı
3. Ekonomik olmalı.
4. Isı değişmelerinden etkilenmemeli
5. İyi gürültü başlığı olmalı
6. Hata miktarı "O" olmalı.
alıntıdır