Karakteristik keluarga ic digital

PELACAKAN KERUSAKAN RANGKAIAN DIGITAL
1. Karakteristik Keluarga IC Digital 2. Rangkaian Bistable, Counter dan Register 3. Peralatan Bantu Melacak Kerusakan Digital	4. Teknik Melacak Kerusakan Digital 5. Contoh Kasus Kerusakan Rangkaian Digital

Kita tahu, bahwa IC digital banyak dipergunakan di semua cabang elektronika mulai dari perhitungan hingga pada kontrol Industri, instrumen-instrumen elektronik, dan sistem komunikasi (lihat gambar 5.1).

Pada kenyataannya, seolah-olah tidak ada suatu bidangpun dalam elektronika yang tidak menggunakan rangkaian digital. Alasan utama dari hal ini adalah, rangkaian-rangkaian digital bekerja dari level-level logik yang didefinisikan. Dengan kata lain dari suatu sinyal, jika tinggi biasanya disebut logik 1 dan jika rendah disebut logik 0. Hal ini mengurangi ketidak-tentuan hasil keluaran dari suatu rangkaian. Sebagai contoh (dalam kontrol industri), untuk menjaga keselamatan suatu mesin saat ke-adaan menutup ataupun membuka, tidak pernah mendekati setengah tertutup atau setengah terbuka.

Elemen dasar dari rangkaian-rangkaian digital adalah pintu-pintu logik yang melaksanakan operasi-operasi logik pada masukan-masukannya. Untuk menguraikan operasi-operasi ini dipergunakan aljabar Boolean. Aljabar Boolean berdasarkan pada pernyataan-pernyataan logik yang menyatakan benar atau salah, sehingga dengan demikian ia adalah merupakan alat yang amat berguna dalam perancangan dan trouble-shooting rangkaian-rangkaian logik digital.

Karakteristik dari keluarga ic digital
Sudah tahukah kita ciri/tipe dari IC digital itu? Dalam hal memperbaiki kesalahan pada rangkaian digital, membutuhkan pengetahuan tentang karakteristik-karakteristik dari jenis komponen yang dipakai, serta pemilihan teknik-teknik pengukuran yang dapat menghasilkan hasil yang tercepat. Dalam hal ini, kita akan diberikan berbagai singkatan bagi keluarga-keluarga logik beserta dengan beberapa keterangannya mengenai pemakaiannya pada saat ini.

• RTL (Resistor Transistor Logic)
  RTL ini tidak dibuat dalam bentuk IC monolitik. Bagaimanapun juga, blok-blok rangkaian diskrit tersedia bagi keperluan-keperluan industri yang membutuhkan kekuatan tertentu, serta tidak membutuhkan kecepatan yang tinggi (gambar 5.2).
  
  
  
  
  
• DCTL (Direct Coupled Transistor Logic)
  DCTL ini merupakan jenis pertama yang dibuat seperti sebuah IC. Bagaimanapun juga, DCTL ini mempunyai beberapa masalah dengan watching (current hogging), dan segera diganti dengan jenis yang lebih baru.
• DTL (Diode Transistor Logic)
  DTL ini merupakan keluarga logik IC komersil I yang tersedia dipasaran (seri 53/73). Sekarang tipe ini digantikan oleh TTL dan CMOS, akan tetapi beberapa pabrik masih memproduksi DTL ini (gambar 5.3).
  
  
  
  
  
• TTL (Transistor-Transistor Logic)
  Jenis ini merupakan keluarga logik yang amat sukses dengan daerah fungsi yang amat lebar. Seri 54/74 merupakan tipe standar (gambar5.4).
  
  
  
  
  Seri 54L/74L untuk daya rendah 54H/74H merupakan tipe TTL untuk kecepatan tinggi. Bagaimanapun juga perkembangan terakhir dari TTL klemping Schottky (dimana transistor-transistor ini dicegah menjadi jenuh (saturasi)), menghasilkan suatu perbaikan yang cukup tinggi dalam unjuk kerjanya. TTL Schottky ini tersedia dalam seri 54S/74S untuk kecepatan tinggi, atau seri 54 LS/74 LS untuk daya rendah.
• ECL (Emitter Coupled Logic)
  ECL ini merupakan tipe tak jenuh dari logik transistor yang bekerjanya amat cepat (seri 10.000). gambar5.5
  
  
  
  
  
• CMOS (Complementary Metal Oxide Logic)
  CMOS ini menggunakan MOSFET satuan p dan n, dan mempunyai keunggulan, karena hanya memerlukan konsumsi daya yang rendah serta imunitas yang amat baik terhadap kebisingan (noise) dan interverensi (seri 4000 B).
• LOCMOS (Locally Oxidized CMOS)
  Jenis ini merupakan jenis yang unjuk kerjanya telah disempurnakan jika semua keluaran disangga (buffer). Nomor-nomor tipenya sama seperti CMOS (gambar 5.6).
  
  
  
  
  
• PMOS (MOS Saluran p)
  Banyak dipakai untuk peralatan LSI
• NMOS (MOS Saluran n)
  Dipakai untuk peralatan LSI
• I2L (Integrated Injection Logic)
  Jenis ini merupakan pengembangan DCTL yang memungkinkan dipakai technologi bipolar bagi peralatan-peralatan LSI (gambar 5.7).
  
  
  
  
  
• SSI (Small Scale Integration)
  Merupakan tipe IC yang mempunyai hingga 12 pintu ekivalen per-paket IC.
• MSI (Medium Scale Integration)
  Merupakan tipe IC yang mempunyai pintu ekivalen antara 12 sampai 100 per-paket IC.
• LSI (Large Scale Integration)
  Jenis ini merupakan jenis IC yang mempunyai pintu ekivalen yang lebih besar dari 100 per-paket IC.

Beberapa IC digital yang ada di pasaran saat ini adalah:

• TTL standar (Jenis 54/74)
• CMOS, LOCMOS (Jenis 4000 B)
• TTL Schottky daya rendah (jenis 54LS/74LS)
• TTL Schottky (Jenis 54S/74 S)
• ECL (Jenis 10.000)

Jenis-jenis inilah yang akan lebih banyak di-bicarakan pada bagian selanjut-nya.

IC digital harus bekerja bersama dalam rangkaian yang komplek, dan masalahnya adalah: penggabungan dari tingkatan logika (tegangan aktual yang membedakan logik 0 dan 1). Tabel 5-1 menunjukkan beberapa karakteristik dari empat tipe gabungan logik.

keluarga TTL beroperasi pada tegangan catu 5V dengan level 0 pada tidak lebih dari 0,7 V dan level 1 tidak kurang dari 2,15V. Jadi, catu daya dan tingkatan logik ini tidak kompatible dengan tipe ECL (emitter coupled logic) atau MOS. Beberapa tipe dari CMOS kompatibel dengan keluarga TTL, tapi tidak dengan IC lainnya.
Tabel 5-1 menunjukkan IC CMOS yang secara umum adalah paling lambat, dan IC ECL adalah IC tercepat. Dalam pencacah tipe frekuensi tinggi kita akan menemukan tahapan frekuensi tinggi, diatas 150 MHz, di-implementasikan dalam ECL. Sementara frekuensi rendah di-implementasikan dalam MOS, atau CMOS, atau kadang-kadang TTL logik. IC digital yang banyak digunakan biasanya adalah keluarga logika dari 54-74, dari IC TTL logik dan 45C -74C keluarga CMOS.
Masing-masing dua keluarga ini dikarakteristikan dengan sistem penomoran standar di-ikuti dengan seluruh aplikasi. Yang membantu untuk mengerti dari fungsi bagian IC itu yaitu:

• Dua huruf pertama mengindikasikan kode pembuatan.
• Kedua nomor selanjutnya mengindikasikan apakah IC ini untuk militer atau komersial dari konfigurasinya.
  Misal-nya: Nomor 54 mengindikasikan sebuah versi militer dengan temperatur operasi dari –55^o sampai +122^o Celcius. Nomor 74 mengindikasikan versi komersial dengan temperatur dari 0-70^o Celcius.
• Satu atau dua huruf berikutnya untuk mengindikasikan kecepat an, daya rendah dan lain-lain.
  Contohnya: Huruf H mengindikasikan IC kecepatan tinggi, huruf L mengindikasikan pada daya yang rendah, huruf S mengindikasikan dibuat oleh proses Schottky. Huruf LS sebagai contoh yang mengindikasikan perangkat Schottky berdaya rendah.
• Dua atau tiga nomor yang mengikutinya menandakan serial dari fungsi-fungsi bagian logik.

Contoh dari identifikasi nomor pada sebuah IC adalah sebagai berikut:
SN74LS20N. SN meng-indikasikan pembuatan dari texas instrumen, 74 mengindikasikan IC komersial. LS mengindikasikan untuk Shottky berdaya rendah, dan 20 mengindikasikan IC berfungsi sebagai 4 input NAND circuit. Huruf N yang terakhir mengindikasikan IC 14 pin dual inline package (DIP). Untuk tipe 54/74 dari keluarga TTL, disini ada beberapa perbedaan yang sangat penting, yaitu dalam hal kecepatan dan disipasi daya-nya:

• Untuk tipe 54/74 standar mempunyai waktu tunda 18 nanosekon per-gerbang, dengan disipasi daya 10 mWatt pergerbang.
• Untuk tipe kecepatan tinggi mempunyai waktu tunda 12 ns dan disipasi daya 23 mWatt.
• Untuk tipe Daya rendah mempunyai waktu tunda 66 ns tapi disipasi daya hanya 1 mWatt.
• Untuk tipe Schottky mempunyai waktu tunda 6 ns dan disipasi daya 19 mW, tetapi untuk daya rendah Schottky (LS) mempunyai waktu tunda 19 ns dan disipasi daya hanya 2mW.

Karateristik di atas berbeda dengan keluarga CMOS 54C/74C, dimana waktu tundanya 250 ns per-gerbang, tapi disipasi dayanya hanya 0,6 mW. Keluarga CMOS yang ini identik kaki-kakinya dengan keluarga TTL tipe 54/74, yang hanya disipasi daya CMOS jauh lebih rendah. Biasanya IC CMOS dan MOS menggunakan input rangkaian pelindung dioda, tetapi jika medan statik cukup kuat akan tetap merusak IC tersebut.