Data sheet

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In questa pagina sono presentati alcuni dei dati contenuti nei data sheet (fogli tecnici) dei componenti digitali.

Un tempo che fu, i data book erano merce rarissima. La fotografia di apertura vuole essere, dopo tanti anni, un ringraziamento a onsemi, uno dei pochi produttori che inviava questa documentazione alle scuole, gratuitamente ed in quantità.

Oggi i data sheet sono ovviamente reperibili su internet, basta scrivere il nome del componente seguito da PDF, scegliendo il sito di un produttore ed evitando come la peste i siti che vi inondano di pubblicità.

Package e pinout

Le prime informazione contenute nei data sheet sono relative agli aspetti "meccanici". I contenitori più utilizzati per i circuiti semplici sono:

DIP (Dual Inline Package) tipicamente usato con le breadboard o circuiti stampati forati. La distanza tra i pin è di 2,54 mm (un decimo di pollice, nota 6). Realizzati in plastica o in ceramica, oggi sono quasi introvabili
SOP (Small Outline Package) tipicamente usato in circuiti stampati a montaggio superficiale. La distanza tra i pin è di 1,27 mm. Realizzati in plastica
TSSOP (Thin Shrink Small Outline Package) tipicamente usato in circuiti stampati a montaggio superficiale. La distanza tra i pin è di 0,65 mm. Realizzati in plastica

Il pinout (piedinatura) illustra i collegamenti esterni dei componenti interni, tipicamente ingressi, uscite, tipologia di porte logiche; in genere è descritto graficamente sia come appare fisicamente (a sinistra) sia come rappresentazione logica, indicando con un numero il pin (a destra, con pin numerati da 1 a 14):

Condizioni limite

Una prima tabella (Absolute Maximum Rating) contiene i valori massimi di alcune grandezze (tensione, temperatura...) superati i quali il produttore non garantisce più contro i guasti permanenti del componente:

Tensioni, correnti e temperature massime

In particolare:

La cella verde (-0,5 V, tensione negativa) indica che non è ammesso alimentare il componente invertendo neppure per breve tempo VCC con GND
La cella rossa (+7 V) indica la massima tensione di alimentazione
Le due caselle colorate in giallo indicano l'intervallo di temperature di immagazzinamento, cioè a componente non operativo
Altre celle indicano i valori massimi della tensione di ingresso ed uscita

Condizioni operative raccomandate

Per utilizzare correttamente un circuito integrato digitale è necessario rispettare opportune condizioni operative, in particolare la tensione di alimentazione (V_CC) e la temperatura. Tali dati sono in genere contenuti in una tabella simile alla seguente:

Condizioni operative raccomandate

Per ciascuna caratteristica sono presenti a volte tra colonne: Min, Typ, Max (minimo, tipico e massimo), dall'ovvio significato. A volte una o più di queste caselle sono lasciate vuote perché non rilevanti.

Tensioni in ingresso ed in uscita

Per utilizzare una porta logica occorre conoscere quali tensioni corrispondono allo zero logico e quali all'uno logico. Le tensioni di ingresso ed uscita garantite dal costruttore sono raccolte in una tabella, in funzione della tensione di alimentazione e della temperatura.

Tensioni e correnti di ingresso e uscita

Vediamo di descrivere sommariamente il significato dei simboli presenti nella prima colonna:

V_IH (qui la descrizione). La casella evidenziata (3.15 V) è la tensione minima: qualunque tensione di ingresso compresa tra 3.15 V e 4.5 V sarà "interpretata" dalla porta come uno logico. Tale valore è valido per temperature tra -40 °C e 125 °C e per una tensione di alimentazione di 4.5V (nota 3)
V_IL (qui la descrizione). La casella evidenziata (1.35 V) è la tensione massima: qualunque tensione di ingresso compresa tra 0 V e 1.35 V sarà "interpretata" come zero logico. Tale valore è valido per temperature tra -40 °C e 125 °C e per una tensione di alimentazione di 4.5 V (nota 3)
V_OH (qui la descrizione). Il valore di uscita evidenziato (4.4 V) praticamente coincide con la tensione di alimentazione. Tale valore è valido per temperature tra -40 °C e 125 °C, per una tensione di alimentazione di 4.5 V e corrente di uscita molto piccola
V_OL (qui la descrizione). Il valore di uscita evidenziato (0,1 V) praticamente coincide con la massa. Tale valore è valido per temperature tra -40 °C e 125 °C, per una tensione di alimentazione di 4.5 V e corrente di uscita molto piccola
I_I (corrente di ingresso) è la corrente che entra o esce dagli ingressi; praticamente è nulla: sempre inferiore a 1 µA
I_CC (corrente di alimentazione) è la corrente che serve al funzionamento dell'integrato, anch'essa piuttosto piccola (40 µA), ma tale valore aumenta significativamente quando gli ingressi assumono tensioni non corrette (nota 3) oppure commutano velocemente tra zero e uno.

Tensione e corrente

La tensione all'uscita di una porta dipende dalla corrente d'uscita.

Tale legame è spesso rappresentato sotto forma di due grafici, uno per il livello logico alto (corrente che esce dall'uscita della porta logica) ed uno per il livello logico basso (corrente che entra dall'uscita della porta logica).

Esaminiamo i grafici nel caso esemplificativo di alimentazione di 4.5 V e corrente di uscita di 20 mA.

Grafico di sinistra, relativo all'uscita bassa, per esempio quando A=1 nello schema seguente. La tensione di uscita vale circa 0,8 V, come evidenziato dal punto verde del grafico. Tale valore è correttamente interpretato come zero logico in quanto inferiore ai 1.35 V della tabella precedente

Corrente in ingresso

Grafico di destra, relativo all'uscita alta, per esempio quando B=0 nello schema seguente. La tensione di uscita vale poco meno di 3.5 V, come evidenziato dal punto rosso. Tale valore è correttamente interpretato come uno logico in quanto (di poco) superiore ai 3.15 V della tabella precedente

Corrente in uscita

Comportamento dinamico

Le caratteristiche dinamiche descrivono quanto un circuito integrato è veloce, attraverso il tempo di propagazione ed il tempo di transizione.

Si noti come tali tempi, in base alla tabella qui sotto riportata, siano fortemente dipendenti:

Dalla tensione di alimentazione: tensioni di alimentazione superiori permettono velocità maggiori
Dalla temperatura: temperature elevate peggiorano le prestazioni (nota 5)

Caratteristiche dinamiche di un circuito digitale

Il parametro C_PD è dal punto di vista dimensionale una capacità; il suo scopo è valutare il consumo energetico del componente al variare della frequenza operativa e della tensione di alimentazione. Il questo caso il C_PD è relativo all'intero circuito integrato, non alla singola porta.

Per esempio un integrato di questo tipo, funzionante a 10 MHz e alimentato a 5 V assorbe una potenza di:

PD = 22·10^-12 · 5² · 10·10⁶ = 5,5 mW

Note

Alcuni dei dati presenti in questa pagina sono validi solo quando ingressi ed uscite variano molto lentamente (DC, DIrect Current, corrente continua)
Una parte della tabella riguarda la famiglia HCT, progettata per funzionare con integrati di vecchie generazioni (tecnicamente TTL compatibile)
Tensioni tra 1.35 V e 3.15 V non sono quindi né zero, né uno, ma una sorta di "zona proibita". Tipicamente tali tensioni sono indice di malfunzionamenti e fonte di problemi, primo tra tutti un eccessivo consumo di corrente
I dettagli dipendono dai modello specifico di PIC18 e dalla tensione di alimentazione
Temperature maggiori diminuiscono anche la vita operativa dei componenti: indicativamente ogni aumento di 10°C dimezza la durata di un componente
Ebbene si: in elettronica si usano ancora queste unità di misura da paesi non civilizzati...

Pagina creata nell'ottobre 2020
Ultima modifica: 8 aprile 2023