fan-out_OK

(1)

Welcome to

Computer interfacing

(2)

(3)

OUTLINE



Review: DIGIT

AL

COMPONENTS

(TTL

&

CMOS)



TTL

LOADING

&

F

AN-OUT



PRO

P

AGATION

DEL

A

Y



INTERFACING

TTL

TO

CMOS



INTERFACING

CMOS

&

TTL



INTERFACING

TO

THE

ANALOG

WORLD



INTERFACING

SENSOR

TO

COMPUTER



P

ARALL

EL

INTE

RFACING



SERIAL

INTERFACING



Usb



(4)

Reference



Digital

and

Microprocessor

Fundamentals

,

Willam

Kleitz,

Prentice Hall, 1997



Digital

System, Ron

ald J.

T

occi, Neal

S. Wildme

r

,

Prentice Hall,

2003

T

urbo Assembler 2.0 User

’s Guide, Borland Inc.



The

8051

Microcontroller

,

I. S

cott

MacKenzie,

Prentice

Hall,

1995



Microprocessor

and

interfacing,

Douglas

V

.

Hall,

1996



Interfacing

sensors

to the

IBM-PC,

John

G.

G. Webster

Webster

,

1988



Digital

Design, John

F

.

Wakerly

,

1999



(5)

Q

u

i

z

1

1 :

:

2

0

0 %

%

Q

u

i

z

2

2 /

/

p

a

p

e

r

:

2

0

0 %

%

P

r

o

j

e

c

t

:

5

0

0 %

%

A

t

e

n

d

a

n

c

e

:

8

0

0 %

%

m

i

n

i

m

u

m

r

e

q

u

i

r

e

m

e

n

t

Evaluation

(Grading)

(6)

(7)

 Transistor input Q1 berfungsi sebagai sebuah AND gate dan biasanya dibuat dari transistor multiemitter

Rangkaian internal NAND Gate 7400 dua-input

 Tujuan totem pole setup pada dasarnya adalah untuk meningkatkan karakteristik output.

 Bila output adalah HIGH (1), Q₄ = OFF (open) dan Q₃ = ON (short)  Bila output adalah LOW (0), Q₄ = ON dan Q₃ = OFF

 Karena salah satu transistor selalu OFF, maka arus dari VCC ke ground pada bagian rangkaian tsb berkurang.

(8)

TTL LOADING & FAN-OUT



Salah satu hal penting yg perlu difahami adalah bagaimana

menentukan fan-out atau kemampuan output sebuah IC

men-drive beban



Fan-out suatu subfamily didefenisikan sebagai jumlah

gerbang dari subfamily yang sama yang dapat dihubungkan

ke sebuah output tanpa melebihi rating arus gerbang (gate)



Gambar berikut mengilustrasikan fan-out dengan 10 gerbang

yg di-drive dari sebuah gerbang.

(9)

Sepuluh gerbang di “drive” dari sebuah sumber gerbang NAND

(10)

 Untuk menentukan fan-out, kita harus tahu berapa besar arus input yg ditarik gerbang (

I

_i ) dan berapa besar arus output gerbang penggerak dapat mensuplai (

I

_O )

 Kemampuan arus output untuk kondisi HIGH disingkat I_OH dan disebut arus sumber (source current).

 I_OH untuk 7400 adalah maks. –400 μA (

tanda neg atip menandakan

arus meningg alkan g erbang

)

 Arus input yg diperlukan oleh kondisi HIGH disingkat I_IH dan untuk subfamily 74XX adalah maks. 40 μA

 Untuk mendapatkan fan-out, bagi sumber arus ( –400 μA) dengan arus input untuk sebuah gerbang (40 μA). Fan-out adalah 400 μA/40 μA = 10

 Untuk kondisi LOW, arus output maks. subfamily 74XX adalah 16 mA, dan persyaratan arus input 74XX adalah –1.6 mA. Sehingga juga diperoleh fan-out 10. (16/1.6 = 10)

 Umumnya fan-out sama untuk kondisi HIGH dan LOW untuk gerbang 74XX. Jika tidak sama, maka digunakan fan-out terendah.

(11)

 Karena level tegangan output LOW mendekati 0V, arus yg sebenarnya akan mengalir ke dalam terminal

output dan menuju ke ground.

Keadaan ini disebut

s ink current

(lihat gbr)

 Ada dua gate dihu-bungkan ke output gate 1. Total sink current = 3.2 mA. Karena arus

maks.gate dlm

kondisi LOW yg dpt diserap adalah 16 mA, maka gate

masih dlm rating I_OL

TTL LOADING & FAN-OUT

(12)

 Untuk kondisi output HIGH , sirkuitnya sama, tetapi arus mengalir terbalik (lihat gbr.) Arus 40 ke setiap input yg sebenarnya merupakan arus bocor terbalik yg mengalir berlawan-an dgn arah pberlawan-anah emiter.

TTL LOADING & FAN-OUT

 Pd kasus ini output gate 1 memberikan –80

A masuk A ke input gate 2 & 3. Arus ini masih di bawah rating maks. untuk arus output HIGH

 Kita juga harus memperhatikan

spesifikasi level-level tegangan input dan output yg dpt

diterima.

 Untuk kondisi

output LOW, pada bagian totem pole transistor Q4

saturasi (ON) dan Q3 cut off (OFF). Vout kondsi LOW (VOL) merupakan tegangan yg melintasi Q4, yg mempunyai nilai typical 0.2V dan nilai maks 0.4V yg ditetapkan pd

manual data pabrik.  Untuk output HIGH,

Q3 saturasi dan Q4 cut off. Teg pd

output (V_OH) = V_CC -Vr130 VCE

-Vdioda. Lembar data pabrik

menetapkan output HIGH typ 3.4V, & akan menjamin nilai min keadaan terburuk 2.4V.

Artinya input gate berikutnya harus diinterpretasikan dari teg 2.4 s/d 5.0V sebagai level HIGH. Karena itu, harus dipertimbangkan spesifikasi level teg input (V_IH, V_IL).  Pabrik akan menggaransi bahwa tegangan antara 2.0V minimum hingga 5.0V akan dinterpretasikan sebagai level HIGH (V_IH). Juga tegangan 0.8V maksimum hingga 0V akan diinterpretasikan sebagai LOW (V_IL).

(13)

 Nilai-nilai ini memberikan margin yg kecil bagi error, yg disebut

nois e marg in

. Misalnya V_OL tidak digaransi jika melebihi 0.4V, dan V_IL bisa setingga 0.8V untuk tetap diinterpretasikan sebagai LOW. Karena itu kita mempunyai noise margin 0.4V (0.8V – 0.4V), lihat gbr.

(14)

(15)

Parameter Minimum Typical Maximum

V_OL 0.2V 04V Noise margin

V_IL 0.8V = 0.4V

V_OH 2.4V 3.4V Noise margin

V_IH 2.0V = 0.4V

INPUT/OUTPUT VOLTAGE & NOISE MARGIN

a. Hitung V_a dan I_a untuk gambar 1.a

b. Hitung V_a, V_b, dan I_b untuk gambar 1.b c. Hitung V_a, V_b, dan I_b untuk gambar 1.c Contoh: Hitung tegangan dan arus pada gbr 1, jika semua gerbang adalah TTL standar (74XX)

Solusi:

(a) Output gate 3 = LOW. Gunakan Va = 0.2V (typical). Karena output gate 3 = LOW, maka gate 3 menerima arus (sink) dari tiga gate 4, 5 & 6. Nilai typical utk semua IIL = 1.6 mA;

Jadi Ia = 4.8 mA ( 1.6 mA 1.6 mA)

(b) Resistor 100 ke gnd memberikan level LOW pada input. IIL typical = 1.6 mA,yg mengalir ke 100 , membuat Va =1.6 mA x 100 = 0.16V. Teg 0.16V pada Va akan

dikenali sebagai level LOW (VIL = 0.8 V max), jadi gate AND memberikan output level

(16)

Parameter Minimum Typical Maximum

V_OL 0.2V 0.8V Noise margin

V_IL 0.4V = 0.4V

V_OH 2.4V 3.4V Noise margin

V_IH 2.0V = 0.4V

INPUT/OUTPUT VOLTAGE & NOISE MARGIN

a. Hitung V_a dan I_a untuk gambar 1.a

b. Hitung V_a, V_b, dan I_b untuk gambar 1.b c. Hitung V_a, V_b, dan I_b untuk gambar 1.c Contoh: Hitung tegangan dan arus pada gbr 1, jika semua gerbang adalah TTL standar (74XX)

Solusi:

(c) I_IH ke gate OR = 40 µA; karena itu teg Va = 5V – (10 k x 40 µA) = 4.6V . Level

output gate OR menjadi HIGH (VOH),

membuat Vb = 3.4V dan Ib = 3.4V / 4.7k = 723 µA. Arus ini di bawah rating maks dari gate OR (IOH = 800 µA max). Karena itu gate OR tidak akan terbakar

(17)

Tabel 1 - Worst-Case Values for Interfacing Considerations*

Paramater 4000B CMOS

74HCMOS 74HCTMOS 74TTL 74LSTTL 74ALSTTL V_IH(min) (V) 3.33 3.5 2.0 2.0 2.0 2.0 V_IL(max) (V) 1.67 1.0 0.8 0.8 0.8 0.8 V_OH(min) (V) 4.95 4.9 4.9 2.4 2.7 2.7 V_OL(max) (V) 0.05 0.1 0.1 0.4 0.4 0.4 I_IH(max) ( 1 1 1 40 20 20 I_IL(max) ( ─ 1 ─1 ─1 ─ 1600 ─ 400 ─ 100 I_OH(max) (mA) ─ 0.51 ─4 ─4 ─0.4 ─ 0.4 ─ 0.4 I_OL(max) (mA) 0.51 4 4 16 8 4

*All values are for V

_supply

= 5.0 V

INPUT/OUTPUT VOLTAGE & NOISE MARGIN

A) A)

(18)

PULSE TIME PARAMETERS: (Rise Time, Fall Time & Propagation Delay)

 Hingga kini kita sudah terbiasa menggunakan pulsa-pulsa ideal untuk bentukgelombang input & output. Tetapi sebenarnya, pulsa-pulsa tsb tidaklah ideal seperti kotak. Pulsa-pulsa tsb memerlukan waktu bagi level-level digital untuk bangkit dari 0 ke 1 dan turun dari 1 ke 0.

 Pada gbr rise time (tr , waktu naik) adalah waktu yg diperlukan oleh suatu pulsa untuk bangkit dari titik 10% hingga mencapai titik 90%. Untuk pulsa sebesar 5V, titik 10% tersebut adalah 0.5V dan tiitik 90% adalah 4.5V

 Fall time (tf , waktu turun) adalah waktu di mana pulsa turun dari titik 90% ke titik 10%

 Bukan hanya kemiringan (

s lope

) gelombang input dan output pada tebing naik dan tebing turun, tetapi juga terjadi delay pada gelombang input untuk merambat (propagasi) melalui suatu IC ke output yang disebut

propag ation

delay

(tPLH dan tPHL).



Propag ation delay

ditimbulkan oleh keterbatasan kecepatan pensaklaran transistor (transistor switching speed) karena adanya muatan kapasitif internal tersimpan yg tak dikehendaki

(19)

PULSE TIME PARAMETERS: (Rise Time, Fall Time & Propagation Delay)

Pada gbr diperlihatkan panjang waktu untuk pulsa input untuk mencapai output gerbang IC. Titik pengukuran spesifik (1.5V untuk seri TTL standar) yg digunakan sebagai referensi.

Propagation delay time pada output untuk

merespon pada arah LOW-ke-HIGH diberi label t_PLH dan arah HIGH-ke-LOW diberi label t_PHL

(20)

PULSE TIME PARAMETERS: (Rise Time, Fall Time & Propagation Delay)

Contoh: Propagation delay time untuk gerbang NOR 7402 yg diberikan dalam manual data TTL adalah t_PLH = 15 ns dan t_PLH = 15 ns dan.

Buat sketsa dan label

(21)

PEGEMBANGAN SERI TTL

 Pengembangan rangkaian TTL standar adalah pengurangan nilai resistor internal.

 Akan meningkatkan konsumsi daya (dissipation), yg berakibat buruk.

 Tetapi menurunkan konstanta waktu R x C internal yg mempengaruhi waktu tunda propagasi (propagation delay).

 Hasil pengembangan adalah seri 74HXX yg mempunyai hampir setengah waktu tunda propagasi tetapi mempunyai konsumsi daya hampir dua kali lipat dari seri TTL standar.

 Hasilkali delay time dgn daya (disebut speed-power product), merupakan bilangan yg menunjukkan bilangan kebaikan (figure of merit ) suatu keluarga IC.  Seri lainnya adalah 74LXX yg juga telah dikembangkan dengan menggunakan

pendekatan yg berlawanan. Resistor internal ditingkatkan, sehingga mengakibatkan penurunan konsumsi daya

 Tetapi seri 74HXX dan 74LXX saat ini telah digantikan dengan TTL Schottky dan seri CMOS.

(22)

PEGEMBANGAN SERI TTL

SERI TTL SCHOTTKY

 Umumnya keterbatasan kecepatan seri TTL standar disebabkan muatan kapasitif dalam basis transistor. Transistor pd dasarnya bekerja pd daerah cutoff dan saturation. Bila transistor saturasi, muatan akan mengumpul di daerah basis dan ketika di-switch ke daerah cutoff, muatan yg tersimpan yg harus di-dissipasikan memakan waktu, yang menyebabkan waktu tunda.

 Schottky Logic mengatasi masalah saturasi dan muatan-muatan yang tersimpan dgn memasang dioda Schottky pd junction basis-ke-kolektor seperti pd gambar.

 Dgn penempatan dioda Schottky, muatan lebih pada basis dilewatkan ke kolektor, dan transistor tetap berada di bawah deep saturation.

 Dioda Schottky adalah dioda yg mempunyai sambungan metal khusus yg mengurangi muatan kapasitif dan meningkatkan kecepatan switching.

 Dgn menggunakan

S chottky-clamped trans is tor

dan mengurangi nilai-nilai resistor, maka

propag aton dela

y berkurang dgn faktor 4 dan konsumsi daya hanya dua kali. Karena itu

s peed-power product

seri TTL 74SXX meningkat sekitar setengah dari seri TTL 74XX (lebih rendah, lebih baik)

(23)



Low-power S chottky (LS )

. Dgn menggunakan teknik-teknik integrasi berbeda dan peningkatan nilai-nilai resistor internal, disipasi daya TTL Schottky berkurang secara signifikan.

S peed-power product

seri TTL 74LSXX sekitar sepertiga dari seri 74SXX dan sekitar seperdelapan dari seri 74XX.

PEGEMBANGAN SERI TTL

SERI TTL SCHOTTKY



A dvanced Low-P ower S chottky (A LS )

. Pengembangan lebih lanjut pd seri 74LSXX mengurangi

propag ation delay time

dari 9 menjadi 4 ns dan disipasi daya dari 2 menjadi 1 mW per gate. Seri 74ALSXX dan 74LS dengan cepat menggantikan seri 74XX standar dan 74SXX karena peningkatan kecepatan dan daya.

 Fast. Proses integrasi yg baru yg disebut

oxide is olation

(juga yg digunakan oleh seri ALS) telah mengurangi propagation delay pada seri 74FXX di bawah 3 ns. Pada proses ini, transistor diisolasi dari yg lainnya, tidak dgn cara bias mundur, tetapi dgn menggunakan sebuah kanal oksida yg sebenarnya. Hal ini mengurangi ukuran device secara dramatis, dan pd gilirannya mengurangi kapasitansi secara keseluruhan sehingga mengurangi propagation delay.

(24)

KELUARGA CMOS

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

 Keluarga TTL menggunakan transistor bipolar (NPN dan PNP). CMOS

(

complementary metal-oxide

s emiconductor

) menggunakan pasangan transistor complementer (tipe N dan tipe P) disebut MOSFET (

metal-oxide

s emiconductor field effect trans is tor

).  MOSFET juga digunakan pada keluarga

IC MOS lainnya termasuk PMOS, NMOS dan VMOS yg banyak digunakan untuk large-scale memory dan mikroprosesor dalam kelompok LSI dan VLSI.

 Keuntungan MOSFET dibanding

transistor bipolar adalah bahwa input ke suatu MOSFET secara elektris diisolasi dari MOSFET lainnya (lihat Gbr),

memberikan impedansi input yg tinggi.

Gbr. Diagram yg disederhanakan dari transistor bipolar dan field effect; (a) Transistor bipolar NPN yg digunakan pada TTL; (b) MOSFET kanal N yg digunakan pada IC CMOS.

(25)

 MOSFET kanal N mirip dgn transistor bipolar NPN yaitu menggunakan dua junction NP secara back-to-back, dan arus tidak akan mengalir kepadanya

hingga tegangan positip diberikan pada basis (atau pada gate dalam hal MOSFET). Lapisan silikon dioksida (SiO2) antara material gate dan subtrat (basis) P MOSFET mencegah arus gate dari aliran, yg memberikan impedansi input yg tinggi dan konsumsi daya yg rendah.

KELUARGA CMOS

 MOSFET pd Gambar adalah divais dlm keadaan OFF karena tidak ada pembawa negatip pada material P yg menyebabkan arus mengalir. Namun, arus konvensional akan mengalir ke bawah dari drain ke source jika pada gate diberikan tegangan positip terhadap substrat. Tegangan tsb menyebabkan medan listrik pd lapisan SiO2, yg menolak cukup banyak muatan-muatan positip dlm material P untuk membentuk sebuah kanal muatan-muatan negatip di sebelah kiri material P. Hal ini mengizinkan elektron-elektron untuk mengalir dari source ke drain (arus konvensional mengalir dari drain ke source). Kanal yg terbentuk itu disebut kanal N karena mengandung pembawa-pembawa negatip.

(26)

 MOSFET kanal P berlawanan dengan kanal N, dibangun dari material-material PNP. Kanal dibuat dgn menempatkan tegangan negatip pada gate terhadap substrat.

 Penggunaan MOSFET kanal N dengan komplemennya MOSFET kanal P, maka dapat dibangun sebuah inverter MOS (metal oxide-semiconductor) sederhana seperti yang diperlihatkan pada Gambar di samping.

KELUARGA CMOS

Gambar.2-70 Inverter CMOS yg

dibangun dari transistor kanal N kanal P komplementer

(27)

KELUARGA CMOS

A Q1 Q2 Z

0 OFF ON 1 (5V)

1 ON OFF 0 (0V

(28)

KELUARGA CMOS A B Q1 Q2 Q3 Q4 Z 0 0 OFF ON OFF ON 1 0 1 OFF ON ON OFF 1 1 0 ON OFF OFF ON 1 1 1 ON OFF ON OFF 0 (b)

(29)

(30)

(31)

KELUARGA CMOS A B Q1 Q2 Q3 Q4 Z 0 0 OFF ON OFF ON 1 0 1 OFF ON ON OFF 0 1 0 ON OFF OFF ON 0 1 1 ON OFF ON OFF 0 (b)

(32)

CMOS AVAILABILITY

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

Keluarga CMOS memberikan hampir semua fungsi yang sama dengan yang tersedia dalam keluarga TTL, lagi pula CMOS telah menyediakan beberapa fungsi-fungsi “tujuan khusus” yang tidak tersedia pada TTL. Keluarga CMOS, seperti halnya TTL mempunyai beberapa subfamily-subfamily atau seri-seri yang semuanya mempunyai spesifikasi kinerja yang lebih baik dari yang sebelumnya.

Seri 4000. Seri 4000 (atau pengembangan 4000B) adalah merupakan CMOS orisinil. Seri ini populer karena menawarkan konsumsi daya yg sangat rendah dan dpt menggunakan batterai. Seri ini jauh lebih lambat dari seri-seri TTL dan mempunyai proteksi

electrostatic dis charg e

yang rendah. Tegangan catu daya pada IC dapat berada dalam rentang +3V s/d +15V dengan input level-satu minimum sama dengan ⅔ VCC dan input level-0 maksimum sama dengan ⅓ VCC.

(33)

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

Seri 40H00. Seri ini didesain untuk lebih cepat dari seri 4000. Seri ini telah mengatasi beberapa keterbatasan kecepatan tetapi masih tetap jauh lebih lambat dari LSTTL.

Seri 74C00. Seri ini dikembangkan untuk menyamai kompatibilitas pin keluarga TTL, membuat bisa dipertukarkan lebih mudah. Seri ini menggunakan skema penomoran yang dengan TTL hanya diawali dengan 74C. Seri ini juga mempunyai keuntungan daya rendah dibandingkan keluarga TTL tetapi masih tetap jauh lebih lambat.

Seri 74HC00 & 74HCT00. Seri 74HC00 (CMOS kecepatan-tinggi) dan 74HCT00 (CMOS kecepatan-tinggi, kompatibel TTL) menawarkan pengembangan yang sangat besar daripada seri 74C00. Seri HC/HCT secepat seri LSTTL dan tetap mengkonsumsi daya lebih rendah, tergantung pada frekuensi operasinya. Pin nya juga kompatibel (HCT juga kompatibel level tegangan input/output) dengan keluarga TTL, masih menawarkan imunitas noise yg lebih besar dan tegangan yg lebih besar dan

temperature operating rang es

. Pengembangan lebih lanjut HC.HCT adalah Advanced CMOS Logic (ACL) dan Fairchild Advanced CMOS Technology (FACT) series, yg mempunyai karakteristik operasi lebih baik.

(34)

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

Emitter Coupled Logic

Desain keluarga lainnya untuk aplikasi kecepatan yg sangat tinggi adalah

Emitter Coupled Logic (ECL).

ECL muncul dgn dua seri yaitu ECL 10K dan ECL 100K yg sangat cepat (extremely fast) dengan propagation delay time serendah 0.8 ns. Kecepatan ini sangat baik untuk sistem-sistem komputer mainframe yg memerlukan jumlah operasi-operasi per detik yg tinggi, tetapi tidak memperhatikan pd konsumsi daya yg tinggi.

ECL kecepatan tinggi dicapai dgn tidak membiarkan transistor saturasi; Kenyataannya, Dasar untuk level HIGH dan LOW ditetapkan oleh transistor di dalam penguat diferensial yg lebih konduksi.

Pengembangan Teknologi-teknologi Logika Digital Baru

Penelitian divais-divais logika yg dapat beroperasi pd frekuensi lebih tinggi dan dpt dikemas dlm IC yg lebih padat terus dilakukan. Para perancang mempunyai harapan yg besar untuk teknologi-teknologi baru seperti integrated injection logic (I2L), silicon-sapphire (SOS), galium arsenide (GaAs), dan Josephen junction circuits. Pada akhirnya, propagation delay akan diukur dlm picosecond, dan kepadatan-kepadatan sirkuit akan memungkinkan superkonduktor saat ini untuk membuat komputer desktop di masa depan

(35)

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

Parameter-parameter utama untuk dipertimbangkan adalah termasuk kecepatan, disipasi daya, ketersediaan (availability), jenis-jenis fungsi, kekebalan derau (noise immunity), frekuensi operasi, output-drive capability dan interfacing. Bagaimanapun, yg pertama dan utama adalah perhatian pd kecepatan dan daya. Tabel 2-14 menunjukkan propagation delay, power dissipation, dan speed-power product untuk keluraga-keluarga yang paling populer.

(36)

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

Kita mulai melihat pada masalah yang mungkin timbul bila interfacing TTL seri 7400 ke CMOS seri 4000B. Gambar 2-71 menunjukkan spesifikasi tegangan input dan output keduanya, dgn asumsi bahwa 4000B dicatu dgn suplai +5V.

(37)

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

Bila gerbang TTL digunakan untuk mengemudikan gerbang CMOS, tidak ada masalah untuk output level LOW karena TTL menjamin output level-LOW maksimum 0.4V, dan CMOS akan menerima tegangan hingga 1.67V (⅓ VCC) sebagai input level-LOW.

Tetapi utk level HIGH, output TTL dpt sekecil 2.4V sebagai HIGH. CMOS menghendaki sedikitnya 3.3V sebagai level input HIGH. Karena itu, 2.4V tidak dapat diterima karena berada dlm uncertain region. Namun, sebuah resistor dapat diberikan antara input CMOS ke VCC seperti yg ditunjukkan pd Gambar 2-72 untuk mengatasi masalah input level HIGH.

(38)

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

Pada Gambar di atas, dgn Vout1 LOW, 7404 akan menerima (sink) arus dari resistor dari 10 k dan IIL dari 4069B membuat Vout2 HIGH. Dgn Vout1 HIGH, maka resistor 10 k akan “menarik ke atas” tegangan pd Vin2 hingga 5V, menyebabkan Vout2 menjadi LOW. Resistor 10 k disebut

pull-up res is tor

dan digunakan untuk membangkitkan output gerbang TTL mendekati 5V bila TTL dalam keadaan output HIGH. Dgn Vout1 HIGH, tegangan pd Vin2 akan menghampiri 5V karena arus yg masuk ke 4069B juga rendah(≈ 1 μA) sehingga drop tegangan pd 10 k tidak signifikan, memberikan tegangan menghampiri 5V pada Vin2 (atau tepatnya Vin2 = 5V – 1 μA x 10 k = 4.99V).

INTER FAC ING of TTL to CMOS

Hal lain yg perlu dilihat pd saat interfacing adalah level-level arus semua μA) ditambah arus dari resistor 10 k (5V/10 k = 0.5 mA). IOH 7404 ( ─ 400 μA)

tidak akan memberikan arus

gerbang dilibatkan. Pada kasus ini, 7404 dapat menerima (sink) IOL 16 mA, yg cukup mudah untuk IIL 4069B (1

(39)

Ketika mengemudikan TTL dari CMOS, level-level tegangan tidak ada masalah karena CMOS akan mengeluarkan sekitar 4.95V untuk HIGH dan 0.05V untuk LOW, yg lebih mudah diinterpretasikan oleh gerbang TTL.

Tetapi level-level arus dapat diperhatikan lebih nyata karena CMOS 4000B mempunyai keterbatasan arus output yg besar. (Bagaimanapun seri-seri 74C dan 74HC mempunyai kemampuan arus output yg lebih baik) Gambar 2-73 menunjukkan arus input/output yg mengalir ketika interfacing CMOS ke TTL.

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

INTER FAC ING of CMOS to TTL

Untuk kondisi output HIGH (Gambar 2-73a), CMOS 4069B dapat memberikan (source) arus maksimum 0.51 mA, yang cukup untuk mensuplai arus input level HIGH (IIH) ke satu inverter 7404. Tetapi untuk kondisi output LOW, 4069B dapat juga menarik (sink) hanya 0.15 mA yang tidak cukup untuk arus input level LOW

(40)

PEGEMBANGAN KELUARGA CMOS

INTER FAC ING of CMOS to TTL

Pada umumnya seri 4000B mempunyai masalah yang sama pada kemampuan arus kemudi output low. Untuk mengurangi masalah, dua gerbang khusus, penyangga (buffer) 4050 dan penyangga pembalik 4049 secara khusus dirancang untuk menyediakan arus output high untuk mengatasi masalah-masalah interfacing. Mereka mempunyai kemampuan mengemudikan IOL = 4.0 mA dan IOH = ─ 0.9 mA yang cukup untuk mengemudikan dua beban 74XXTTL seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-74.

Jika penyangga CMOS digunakan untuk mengemudikan seri TTL lain, misalnya katakanlah seri 74LS, kita harus merujuk pada databook TTL untuk menentukan berapa banyak beban yang akan dihubungkan tanpa melebihi batas arus ooutput. (4050B sebenarnya dapat mengemudikan sepuluh beban 74LS). Tabel 2-15 merangkum tegangan input/output dan spesifikasi arus pada sejumlah seri TTL dan CMOS populer, yang memungkinkan kita untuk menetapkan parameter-parameter interfacing dan karanteristik-karakteristik family dengan mudah.

(41)

Tabel 2-15. Worst-Case Values for Interfacing Considerations* Paramater 4000B CMOS 74HC MOS 74HCT MOS 74TTL 74LS TTL 74ALS TTL V_IH(min) (V) 3.33 3.5 2.0 2.0 2.0 2.0 V_IL(max) (V) 1.67 1.0 0.8 0.8 0.8 0.8 V_OH(min) (V) 4.95 4.9 4.9 2.4 2.7 2.7 V_OL(max) (V) 0.05 0.1 0.1 0.4 0.4 0.4 I_IH(max) (A) 1 1 1 40 20 20 I_IL(max) (A) -1 -1 -1 -1600 -400 -100 I_OH(max) (mA) -0.51 -4 -4 -0.4 -0.4 -0.4 I_OL(max) (mA) 0.51 4 4 16 8 4

*All values are for V_supply = 5.0 V