SABER ACERCA DE LAS FAMILIAS LÓGICAS DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS.

1. FAMILIAS DE DIFERENTES TIPOS DE INTEGRADOS
GABRIEL ALEJANDRO BARRERA TORRES
ONCE A
INGENIERO
QUEVIN BARRERA
MODALIDAD DE ELECTRONICA
INSTITUCION EDUCATIVA BRAULIO GONZALEZ
YOPAL-CASANARE
2015

2. ¿CUÁLES SON LAS FAMILIASFABRICANTES DECIRCUITOS INTEGRADOS?
FAMILIAS LÓGICAS Una familias lógica, es un conjunto de CI s compatibles entre sí,
que se alimentan con el mismo voltaje, entienden los mismos niveles lógicos. Como
consecuencia, las salidas de las puertas pueden conectarse directamente a las entradas de
otras puertas de la misma familia sin problema alguno de adaptación o comunicación entre sí”.
Como se describe en este concepto una familia lógica va a estar determinada por el tipo de
componente con que está construido y la estructura básica con que se construyen las puertas
lógicas , así como sus valores (ya que si cambiamos estos valores, pasaremos a otra familia
diferente).
es un grupo de puertas lógicas (o compuertas) construidas usando uno de varios diseños
diferentes, usualmente con niveles lógicos compatibles y características de fuente de
poder dentro de una familia. Muchas familias lógicas fueron producidas como
componentes individuales, cada uno conteniendo una o algunas funciones básicas
relacionadas, las cuales podrían ser utilizadas como “construcción de bloques” para crear
sistemas o como por así llamarlo “pegamento” para interconectar circuitos integrados más
complejos.
Una familia lógica tiene una serie de características comunes además de la tensión de
trabajo y los niveles de entrada como son:
Velocidad de propagación. Es el tiempo que tarda en activarse una puerta lógica.
Frecuencia de propagación. Es la frecuencia máxima a la que es capaz de oscilar un
flip-flop de esa familia.
Potencia de disipación por puerta.
Fan-in: Es el numero máximo de puertas de la misma familia que se pueden conectar a la
entrada de una puerta lógica de la familia.
fan-out: Es el número máximo de puertas de la misma familia que se pueden conectar a
la salida de una puerta lógica de la familia.

3. TIPOS DE FAMILIAS LÓGICAS:
Dependiendo del diseño y el montaje del sistema digital, el tipo de
transistor u otro componente electrónico utilizado, se tienen dos tipos de
familias lógicas, generalmente el tipo de componente utilizado en la
construcción del circuito lleva el nombre de la tecnología utilizada, y cada
familia está formada por subfamilias, entre estas tenemos:
 Familias bipolares.- Emplean transistores bipolares (BJT),
resistencias y diodos, es decir, dispositivos de unión. Las familias
bipolares más representativas son las familias TTL y ECL.
 Familias MOSFET.- Emplean transistores MOSFET, es decir,
transistores de efecto campo. La familias MOS más
representativas son las familias NMOS, PMOS y CMOS.
Para hacernos una idea de las distintas familias lógicas y tecnologías
empleadas nos valdremos del siguiente gráfico:

4. TTL. Lógica Transistor-Transistor.
RTL. Lógica Resistencia Transistor.
DTL. Lógica Diodo Transistor.
ECL. Lógica de Emisores aCoplados.
Familia Lógica TTL
Familia lógica TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor lógica, es decir, "lógica
transistor a transistor", esta fue la primera familia de éxito comercial, se utilizó entre 1965
y 1985. Los circuitos TTL utilizan transistores bipolares y algunas resistencias de
polarización. La tensión nominal de alimentación de los circuitos TTL son 5 V DC. Están
fabricadas a partir de BJT npn y resistencias, son las más antiguas en uso y aun a si siguen
siendo populares en sistemas digitales que utilizan circuitos integrados a escala pequeña,
media y gran escala de integración, a pesar de ser sustituidos por las familias lógicas
CMOS y BICMOS en la mayor parte de las aplicaciones, TTL sigue construyendo un
estándar de referencia de la electrónica digital.
Características. La familia lógicatransistor-transistor ha sido una de las familias de CI
más utilizadas. Los CI de la serie 74 estándar ofrecen una combinación de velocidad y
disipación de potencia adecuada a muchas aplicaciones. Los CI de esta serie incluyen una
amplia variedad de compuertas, flip-flops y multivibradores monoestables así como
registros de corrimiento, contadores, decodificadores, memorias y circuitos aritméticos.
La familia 74 cuenta con varias series de dispositivos lógicos TTL(74, 74LS, 74S, etc.). Estas
series utilizan una fuente de alimentación (Vcc) con voltaje nominal de 5V. Funcionan de
manera adecuada en temperaturas ambientales que van de 0° a 70°C.[2] - Estructura y
funcionamiento.

5. Niveles Lógicos TTL
En el estudio de los circuitos lógicos, existen cuatro especificaciones lógicos
diferentes: VIL, VIH, VOL y VOH.
En los circuitos TTL, VIL es la tensión de entrada válida para el rango 0 a 0.8 V que representa
un nivel lógico 0 (BAJO). El rango de tensión VIH representa la tensiones válidas de un 1 lógico
entre 2 y 5 V. El rango de valores 0.8 a 2 V determinan un funcionamiento no predecible, por la
tanto estos valores no son permitidos. El rango de tensiones de salida VOL, VOH
Figura 1. La familia TTL estándar es una familia saturan-te, porque la mayor parte de los
transistores trabajan en corte y saturación, En la figura 1 se muestra una puerta inversora
TTL estándar a +5V, dividida en tres partes:
 Etapa de entrada:El transistorQ1 tiene porobjetoproducirlaconmutaciónrápidade Q2.
 Etapa Excitadora:La etapaextendidaasociaal transistorQ2,tiene porobjetogenerarlas
dos señalescomplementariasnecesariasparaexcitarel circuitode salida.
 Etapa de salidaTTL: La etapa de salidacontiene lostransistoresQ3y Q4 enconexión tipo
tótem(tótem– pole).Estaetapade salidarequiere paraserexcitadadoscorrientesIB3e
IB4 producidaspor laetapa excitadoramencionadaanteriormente,lascualestienenlas
características de estaruna activa y laotra en inversa.LaR4 tiene comofunciónlimitarla
corriente de salidaencasode cortocircuitoenlasaliday enlas transiciones.

6. FAMILIA RTL
Una familiade simplesresistor-transistorcircuitosintegradoslógicosfue desarrolladoen
FairchildSemiconductorparael ordenadorOrientaciónApolloen1962 - TexasInstrumentspronto
introdujosupropiafamiliade RTL.Una variante con condensadoresintegrado,RCTLse había
aumentadolavelocidad,peromenorinmunidadal ruidoque RTL.
Fue la primerafamilialógicaenaparecerantesde latecnologíade integración.Pertenece ala
categoría de familiaslógicas bipolares,oque implicanlaexistenciade dostiposde
portadores:electrones yhuecos.
Este tipode red,presentael fenómenodenominado acaparamiento decorrienteque se produce
cuandovariostransistoresse acoplandirectamenteysuscaracterísticas de entradadifieren
ligeramenteentre sí.Enese caso unode ellosconduciráantesque losdemáscolocadosen
paralelo(acapararála corriente),impidiendoel correctofuncionamientodelresto.
FamilialógicaRTL
RTL sonlas inicialesde laspalabrasinglesas Resistor, Transistor, Logic.Esdecires unafamiliacuyas
puertasse construyen conresistenciasytransistores.Fue laprimera familialógicaenaparecer
antesde la tecnologíade integración.Pertenecealacategoría de familiaslógicasbipolares.El
esquemabásicode unapuertaNOR esel siguiente:
Características de estafamilia
- Puerta básica. NOR
- Frecuencia de utilización típica 8MHz
- Inmunidad al ruido BAJA
- Potencia típica disipada 12 mW
- Número de funciones realizables ALTO
- Intervalo de temperatura de
funcionamiento -55ºC a 125ºC ó 0ºC a
75ºC
- Tensión de alimentación 3v
- Cargabilidad de salida (fan-out) BAJA

7. Es posible mejorar el tiempo de propagación añadiendo un condensador en paralelo
con cada una de las resistencias Rc, con lo que obtendríamos una nueva familia
lógica, que se denominaría RCTL. Sin embargo, el elevado número de resistencias y
condensadores dificulta la integración por lo que tanto esta técnica, como la RTL, no
se utiliza en los modernos diseños aunque pueda aún encontrarse en equipos muy
antiguos.
La aparición de los circuitos DTL, con su mayor velocidad e inmunidad al ruido
significó el fin de los circuitos RTL.
FAMILIA LOGICA DTL
Las siglasDTL vienende lasinicialesde laspalabrasinglesasDiode TransistorLogic.Esdecir
estamostratandocon una familiacompuestabásicamentepordiodosytransistores(sinolvidara
lasresistencias).Losdiodosse encargande realizarlaparte lógicay el transistoractúa como
amplificadorinversor.Estaseparaciónde funciones nospermiteempezaraestudiarestafamilia
viendocómose construye lalógicacon losdiodos.
En las DTL se observaque la
impedanciade salidaanivel altoes
tresvecesmayorque en RTL. Si
consideramosque unapuertaDTL va
a excitara una serie de puertasde su
mismafamiliaconectadasasu salida,
y que cada una de ellastiene una
capacidadparásita a masa,veremosque lascapacidadesde laspuertasde carga aparecenen
paraleloyde la que nos resultaráunaconstante de tiempode valorigual al productodel número
de puertaspor la capacidadparásitay por la resistenciade salidade lapuertaque soportala
carga. De donde resultará,comoprincipal consecuenciaocaracterística,que nosdisminuirá
considerablemente lavelocidadde conmutaciónenlas transicionesde unnivel aotro.
Característicasde esta familia
- Puerta básica. NAND
- Frecuencia de utilización típica Entre 12MHz y 30MHz
- Inmunidad al ruido BUENA
- Potencia típica disipada 8mW a 12mW
- Número de funciones realizables ALTO
- Intervalo de temperatura de funcionamiento -55ºC a 125ºC ó 0ºC a 75ºC
- Tensión de alimentación 5v
- Cargabilidad de salida (fan-out) Limitada a 8 por el fabricante
- la velocidad de conmutación, en el caso que estamos considerando viene fijada por:
la velocidad de los dispositivos que la componen y Las constantes de tiempo de los
circuitos.

8. Factor de carga
Esta limitadoporel transistora lasalida,que este nopuede excedersucorriente de colectorun
ciertovalormáximo.El valormáximodadopor el fabricante esN=8.
Inmunidadal ruido
Es afectadabásicamente porlasinterferenciasproducidasporel ambienteexterioral circuitoya
la altaimpedanciaque suelenofrecerestaspuertas.Paraevitarestoúltimose crearonlaspuertas
HTL, de funcionamientoanálogoalasDTL, introduciendoundiodozenerenlugardel diodo
convencional utilizadoparalaspuertasDTL.
Ventajasde las DTL
-Buenaflexibilidadlógica
-Compatibilidadde niveleslógicosconTTL
-Bajageneraciónde ruidos
-Buenfan-out
-Disipaciónmediade potencia12mW
Desventajasde las DTL
Relativamente bajavelocidadporsualtaimpedanciade salidaanivel altoentre 30 y 50 ns.
Umbralesdependientes de latemperaturaenmayorgradoque enotras familias.Altaimpedancia
de salidaa nivel altoyen consecuenciabajainmunidadal ruido.
FAMILIA ECL
FamiliaLógica ECL (Lógica Emisor Acoplado)LaprimerafamilialógicaECLpara estar disponible en
loscircuitosintegradosse introdujoporMotorolacomoMECL en1962.
La familiaECL,loque quiere decirLógicade EmisoresAcoplados(emmiter-coupledlogic) sonunos
circuitosintegradosdigitalesloscualesusantransistoresbipolares,peroadiferenciade losTTLen
losECL se evitalasaturaciónde los transistores,estodalugara un incrementoenlavelocidad
total de conmutación.
La familiaECLoperabajoel principiode laconmutaciónde corriente,porel cual una corriente de
polarizaciónfijamenorque lacorriente del colectorde saturaciónesconmutadadel colectorde
un transistoral otro. Este tipode configuracionesse lesconoce tambiéncomo lalógicade modo
de corriente.
El circuitobásicopara losECL esprincipalmente laconfiguraciónde amplificadordiferencial.El
funcionamientode este amplificadoresmuysimple,se tieneunacorriente fijaIEque esproducida
por la fuente VEE,estacorriente que pasaa travésde la resistenciade 1k_ permanece alrededor
de 3 mA durante laoperaciónnormal de lacompuerta.Ahorabien,dependedel nivel de voltaje
enla base de los transistoresde entradaparadefinirque transistordebeconducir,estosignifica
que la corriente cambiaráentre el colectorde Q1 y Q2 y el de Q3. Los niveleslógicosparala
familiaECLson lossiguientes:
0 lógico -1.7 V
1 lógico -0.8 V

9. Compuesto por un amplificador diferencial y dos seguidores de emisor.
Un nivel lógico “1” de entrada provoca la conducción de T1, pero a medida que T1
empieza a conducir provoca que T2 se vaya cortando, lo que provoca que T1
conduzca más. Este efecto provoca que la transición se produzca en un tiempo
inferior, consiguiendo con ello menores tiempos de transición en la familia.
Características
- Los transistores nunca se saturan, esto hace que la velocidad de conmutación sea
muy alta.
- El tiempo común de retardo es de 2ns.
- Los márgenes de ruido en el peor de los casos son de 250 mV.
- La disipación de potencia de una compuerta es de 40 mW.
- Su voltaje de alimentación negativo y niveles lógicos, que no son compatibles con las
demás familias y esto dificulta el uso de las ECL en conjunción con los circuitos TTL y
MOS.
- El flujo de corriente total en el circuito ECL permanece constante, no importa su
estado lógico.

10. FAMILIA IIL
Familia Lógica IIL o I2L (Lógica de Inyección Integrada)La lógica de inyección
integrada utiliza transistores bipolares en una especie de arreglo actual de dirección para
formar los circuitos integrados. IIL es un poco más fácil de construir en un circuito
integrado, y así fue popular para los primeros circuitos VLSI.
La lógica de inyección integrada es una familia de circuitos digitales construidos con
transistores de juntura bipolar de colector múltiple (BJT). Cuando se introdujo su
velocidad era comparable a los TTL además de que casi eran de tan baja potencia como
los CMOS, Volviéndose ideal para su uso en circuitos integrados VLSI.
Aunque losniveleslógicossonmuycercanosentre sí (Alto:0.7 V,Bajo:0.2 V),I2L teníauna alta
inmunidadal ruidodebidoaque operabaporcorriente envezde voltaje.
Operación
El corazónde un circuitoI2L esel inversorde colectorabiertoyemisor
común.Típicamente,uninversorconsiste enuntransistorNPN conel
emisorconectadoa tierray labase alimentadaporuna corriente entrante.
La entradase suple porla base ya seapor una corriente aplicada(nivel
lógicobajo) ouna condiciónde altaimpedancia(altonivellógico).Lasalidade uninversoresel
colector.Además,el colectorpuede serunpuente que podríaira tierra(nivel lógicobajo) ouna
condiciónde altaimpedancia(nivel lógicoalto)
Para entendercómooperael inversor,esnecesarioentenderel flujode corriente,Si lacorriente
que alimentaesdesviadaatierra(nivel lógicobajo),el transistorse apagay el colectorse queda
abierto(nivel lógicoalto).Si lacorriente aplicadanoestádesviadaatierradebidoaque la entrada
estáen altaimpedancia(nivel lógicoalto),lacorriente aplicadafluyeatravésdel transistoral
emisor,conmutandoal transistor,ypermitiendoentraralacorriente porla salidadel inversor
(nivel lógico bajo),estohace que lasalidadel inversorúnicamente dejeentrarlacorriente o
ponerse enaltaimpedanciaperonoseráuna fuente de corriente.Estovuelve seguroconectarlas
salidasde inversoresmúltiplesjuntosparaformarunacompuertaAND.Cuando las salidasde dos
inversoresestánalambradas,el resultadoesuncompuertaNORde dos entradasdebidoaque la
configuración(NOTA) AND(NOTB) esequivalenteaNOT(A OR B).

11. FAMILIA CMOS
FamiliaCMOS (ComplementaryMOS) Esta familiabasasu operaciónenlautilizaciónde los
transistoresNMOSyPMOS funcionandocomointerruptores,de tal formaque lostransistores
NMOS suministranel nivel bajo(yaque nose degradacon la tensiónumbral) ylostransistores
PMOS suministranel nivel alto(ya que nose degradacon la tensiónumbral).
Una puerta construidaconla familiaCMOSsolamente estaráformadaportransistores.
En el caso de lafamiliaCMOS,al igual que en laNMOS, se puede construircualquierfórmula
compleja.Enel caso de lostransistoresNMOS,se construyenigual que enlafamiliaNMOS,pero
enlostransistoresPMOSesla funcióninversa.Esdecir:
La conexiónenparaleloformaunaoperaciónAND.
Mientrasque la conexiónenserie formaunaoperaciónOR.
Se tiene que verificarque ambasramas(de transistoresNMOSyPMOS) generanlamismafunción
lógica.Este hechoimplicaraque el nodode salidasiempre estaráconectadoaunsolonivel lógico,
esdecir,al nodode polarización(nivel alto) oal nodode tierra(nivel bajo).Enel caso de que no se
cumpladicharestricción,podemosencontrarnosendossituacionesdiferentes:
Que el nodode salidaesté conectadoala tensiónde polarizaciónyal nodode tierrade forma
simultánea.Estasituaciónnose debe permitirnunca,yaque el valor lógicode salidaserá
indeterminado.
Que el nodode salidano esté conectadoa ningúnnodo,ni a tensiónde polarizaciónni
a tierra.Esta situaciónesproblemáticaporque dejáramoslasalidaenaltaimpedancia
y cualquierdispositivoparasitopodríaalterarel valorlógico.

12. Puertas lógicas CMOS utilizanmedidas complementarias de N-canal y canal P transistor de
efecto de campo. Dado que los dispositivosinicialesutilizadas puertas de metal óxido aisladas,
se les llamaba CMOS. En contraste con TTL, CMOS utiliza casi ningún poder en el estado
estático. Una puerta CMOS no consume corriente distinta fugas cuando en un constante
estado de 1 ó 0. Cuando la puerta cambia los estados, la corriente se extrae de la fuente de
alimentación para cargar la capacitancia en la salida de la puerta. Esto significa que el
consumo de corriente de los dispositivosCMOS aumenta con la velocidad de conmutación.
La primera familia CMOS de circuitos integrados de lógica fue introducido por RCA como
CD4000 COS/MOS, la serie 4000, en 1968, - Inicialmente lógica CMOS fue más lento que LS-
TTL. Sin embargo, debido a que los umbrales de lógica CMOS eran proporcionales a la tensión
de alimentación, dispositivos CMOS estaban bien adaptados a los sistemas que funcionan con
baterías con fuentes de alimentación simples. Puertas CMOS también puede tolerar rangos de
tensión mucho más amplias que las compuertas TTL porque los umbrales lógicos son
proporcionales a la tensión de alimentación, y no a los nivelesfijosrequeridos por circuitos
bipolares.
El área de silicionecesaria para la aplicación de dichas funciones CMOS digitalesse ha
reducido rápidamente. La incorporación de la tecnología VLSI millonesde operaciones lógicas
básicas en un solo chip, utilizacasi exclusivamente CMOS. El extremadamente pequeña
capacitancia de los cables en el chip, causó un aumento del rendimiento en varios órdenes de
magnitud. Velocidades de reloj en el chip de hasta 4 GHz se han convertido en común
aproximadamente 1.000 veces más rápido que la tecnología en 1970.