Familias de fabricantes de los diferentes tipos de integrados

1. INSTITUCIÓN EDUCATIVA
BRAULIO GONZALEZ
JULIAN ESTEBAN
HINCAPIE CRUZ
GRADO 11-A
FAMILIAS DE CIRCUITOS
INTEGRADOS
MODALIDAD DE ELECTRONICA
ING. QUEVIN BARRERA
2015

2. FAMILIAS LÓGICAS
(FABRICANTES DE DIFERENTES TIPOS DE INTEGRADOS)
Una familia lógica es un conjunto de circuitos integrados que implementan
distintas operaciones lógicas compartiendo la tecnología de fabricación y en
consecuencia, presentan características similares en sus entradas, salidas y
circuitos internos. La similitud de estas características facilita la
implementación de funciones lógicas complejas al permitir la directa
interconexión entre los chips pertenecientes a una misma familia.
Características:
• Confiabilidad: La confiablidad mide el período útil de servicio de un circuito
digital.
• Ruido: La inmunidad al ruido mide la sensibilidad de un circuito digital al
ruido electromagnético ambiental
• Velocidad: Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito digital
a cualquier cambio en sus entradas.
• Potencia: El consumo de potencia mide la cantidad de corriente o de
potencia que consumeun circuito digital en operación.
La primera familia lógica hizo su aparición a mediados de los 60´s. Los
diferentes tipos de dispositivos lógicos seclasifican en familias, de las cuales,
las más importantes son la familia TTL (Transistor-TransistorLogic), hecha
con transistores bipolares y la familia CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor) hecha con MOSFETs; CMOS ECL (Emitter Coupled Logic) para
velocidades extremadamente altas.
La familia TTL se convirtió en un conjunto de familias lógicas que si bien entre
sí difieren en velocidad, consumo de energía y costo, mantienen
características de entrada y salida compatibles de manera que en un sistema

3. digital pueden mezclarsecomponentes de distintas familias TTL. La
tecnología TTL es de tipo bipolar, se basa en los transistores bipolares (NPN,
PNP), aunque la tecnología sea bastante antigua, se puede decir que es la
más popular (introducida por Texas Instruments en 1964).
Características TTL:
La familia lógica transistor-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 asícomo 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. Fig 1. Inversor TTL estándar La
familia TTL estándar es una familia saturan-te, porquela 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 transistor Q1 tiene por objeto producir la conmutación rápida de
Q2. - Etapa Excitadora: La etapa extendida asocia al transistor Q2, tiene por
objeto generar las dos señales complementarias necesarias para excitar el
circuito de salida. - Etapa de salida TTL: La etapa de salida contiene los
transistores Q3 y Q4 en conexión tipo tótem (tótem – pole). Esta etapa de
salida requiere para ser excitada dos corrientes IB3 e IB4 producidas por la
etapa excitadora mencionada anteriormente, las cuales tienen las
características de estar una activa y la otra en inversa. La R4 tiene como
función limitar la corrientede salida en caso de cortocircuito en la salida y en
las transiciones. Cuando seaplica una tensión de entrada de nivel bajo
Vi=ViL=0 V, Q1 entra en saturación (ON), Q2 corta (OFF) porqueno recibe
corriente de base, y Q3 también corta (OFF) porquetampoco recibe corriente
de base. La salida se pone a nivel alto VOH=3,8V a través de la conducción de
Q4 (ON) en activa (o en saturación cuando la corriente de salida IOH es alta).

4. Nótese que la salida no alcanza Vcc=5V debido a las caídas en la unión BE de
Q4 y en le diodo D. Cuando se aplica una tensión de entrada de nivel alto
Vi=VIH=5V, Q1 entra en activa en inversa (INV), Q2 satura (ON) con la
corriente saliente del colector de Q1,Q3 satura (ON) con la corriente que
recibe del emisor de Q2 y Q4 corta (OFF) cuando Q2 y Q3 están saturados
debido a la caída en D. La salida se pone a nivel bajo VOL=0,2V.[3] -
Disipación de potencia - Una compuerta NAND TTL estándar disipa una
potencia promedio de 10 mW. - ICC(promedio) = 8 mA y una PD (promedio)
= 8mA x 5 V = 40 mW. - Esta es la potencia total requerida por las cuatro
compuertas del encapsulado - De este modo, una compuerta NAND requiere
una potencia promedio de 10 mW - Factor de carga de Salida. - Es una
medida del número de entradas que una compuerta puede controlar sin
exceder las especificaciones de la misma. - El flujo de corriente en una de
entrada o salida seconsidera positivo si fluyehacia adentro y se considera
negativa si fluye hacia afuera de la terminal. - Cuando conectamos una salida
con una o más entradas, la suma algebraica de las corrientes debe dar cero. -
Entradas no conectadas (flotantes) cualquier entrada en un circuito TTL que
se deja desconectada actúa como un 1 lógico aplicado a esa entrada, debido
a que en cualquier caso la unión o diodo base-emisor de la entrada no será
polarizado en sentido directo. Serie 74L y 74H - Proporciona TTL de baja
potencia y alta velocidad.
La familia lógica-transistor-transistorsedesarrolló usando interruptores a
transistor para las operaciones lógicas, y define los valores BINARIOS como
0 V a 0,8 V = Lógica 0
2 V a 5 V = Lógica 1

5. La familia TTL o bipolar sedivide en las siguientes categorías o subfamilias
básicas:
TTL estándar.
TTL Schottky (S).
TTL de baja potencia (L).
TTL Schottky de baja potencia (LS).
TTL de alta velocidad (H).
TTL Schottky avanzada (AS).
TTL Schottky de baja potencia avanzada (ALS).

6. Familia CMOS:
Así como Texas Instruments seconvirtió en una empresa pionera al
introducir la familia lógica basada en la tecnología TTL, también la empresa
RCA llevó a cabo el siguiente proceso evolutivo introduciendo como una
alternativa a la familia TTL una serie de circuitos integrados basados en una
tecnología que requiere un consumo muy bajo de energía: la familia CMOS
(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). El acrónimo indica que para
la construcción de estos circuitos se utiliza ya no el transistor bipolar sino el
transistor MOS basado a su vez en el transistor de efecto de campo (field
effect transistor), apareado en pares de modo tal que puedan implementar
una de varias compuertas lógicas de las maneras que veremos a
continuación. La gran ventaja de este tipo de componentes es que presentan
una alta impedancia (resistencia eléctrica) de entrada consumiendo por lo
tanto muy poca corriente eléctrica. El bajo consumo de corriente eléctrica
hace a esta tecnología atractiva en aplicaciones en las cuales es imperativo el
ahorro de energía (principalmente artículos electrónicos operados con
batería portátil desechable). Sin embargo, su velocidad es inferior a la
velocidad de la familia TTL, de modo tal que cada familia tiene aquí sus pros y
sus contras.
Por la forma en la cual está integrada la electrónica interna, el "bloque
fundamental" de la familia CMOS no es tampoco ninguna de nuestras
funciones lógicas básicas (OR, AND, NOT), sino, al igual que en el caso de la
familia RTL, puede ser ya sea la función NOR o también la función NAND. El
circuito integrado básico de la gran familia progenitora de las compuertas
lógicas CMOS es el 4000, basado en los bloques NOR.
Diagrama
Esquemático

7. La tecnología CMOS seha vuelto tan importante, que no podemos cerrar
este Suplemento sin dar una idea así sea generalizada sobrecómo trabaja la
electrónica CMOS, para beneficio de los lectores que tengan algunas
nociones elementales sobrecuestiones eléctricas. El punto de partida para
poder construir compuertas lógicas mediante tecnología CMOS es la física del
funcionamiento del transistor MOSFET(acrónimo del inglés Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor, queen españolsignifica "Transistor de
Efecto de Campo Metal Oxido Semiconductor). El transistor MOSFETcuyo
funcionamiento acabamos de ver es un transistor de tipo canal-N (conocido
también como transistor NMOS), asíllamado porqueel "canal" de
conducción que permite el paso de corrientes eléctricas funciona a base de
cargas eléctricas negativas. Existe otro transistor MOSFETcuyo
funcionamiento es parecido al de arriba excepto que dicho transistor es un
transistor MOS de tipo canal-P (conocido también como transistor PMOS) en
el cual el "canal" de conducción que permite el paso de corrientes eléctricas
funciona a basede cargas eléctricas positivas.
Características CMOS:
A) VOLTAJEDE ALIMENTACIÓN
Las series 4000 y 74Cfuncionan con valores de VDD, quevan de 3 a 15 V, por
lo que la regulación del voltaje no es un aspecto crítico. Las series 74HCy
74RCTfuncionan con un menor margen de 2 a 6 V. Cuando se emplean
dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usualque el voltaje de alimentación sea
de 5 V para que una sola fuente de alimentación de 5 V proporcioneVDD
para los dispositivos CMOS y VCC para los TTL. Si los dispositivos CMOS
funcionan con un voltaje superior a 5V para trabajar junto con TTL se deben
de tomar medidas especiales.

8. B) NIVELES DEVOLTAJE
Cuando las salidas CMOS manejan sólo entradas CMOS, los niveles de voltaje
de la salida pueden estar muy cercanos a 0V para el estado bajo, y a VDD
para el estado alto. Esto es el resultado directo de la alta resistencia de
entrada de los dispositivos CMOS, queextrae muy poca corriente de la salida
a la que está conectada.
C) INMUNIDADAL RUIDO: Sedenomina ruido a “cualquier perturbación
involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida del
circuito.” El ruido puede generarseexternamente por la presencia de
escobillas en motores o interruptores, por acoplo por conexiones o líneas de
tensión cercanas o por picos de la corriente de alimentación. Los fabricantes
establecen un margen de seguridad para no sobrepasar los valores críticos de
tensión conocido como MARGEN DE RUIDO.
D) DISIPACIÓNDEPOTENCIA La potencia disipada, es la media de potencia
disipada a nivel alto y bajo. Se traduce en la potencia media que la puerta va
a consumir. Tal y como comentamos, uno de los principales motivos del
empleo de la lógica CMOS es su “muy bajo consumo de potencia”. Cuando un
circuito lógico CMOS se encuentra en estático (sin cambiar) o en reposo, su
disipación de potencia es extremadamente baja, aumentando conforme
aumenta la velocidad de conmutación.
E) ENTRADAS CMOS. Las entradas CMOS nuncadeben dejarse
desconectadas, ya que son muy sensibles a la electricidad estática y al ruido,
los cuales pueden fácilmente activar los canales MOSFETP y N en el estado
conductor, produciendo una mayor disipación de potencia y posible
sobrecalentamiento. Tienen que estar conectadas a un nivel fijo de voltaje
alto o bajo (0 V o VDD) o bien a otra entrada

9. Las diferencias más importantes entre ambas familias son:
a) En la fabricación de los circuitos integrados se usan transistores bipolares
par el TTL y transistores MOSFETpara la tecnología CMOS
b) Los CMOS requieren de mucho menos espacio (área en el CI) debido a lo
compacto de los transistores MOSFET. Además debido a su alta densidad de
integración, los CMOS están superando a los CI bipolares en el área de
integración a gran escala, en LSI - memorias grandes, CI decalculadora,
microprocesadores-,asícomo VLSI.
c) Los circuitos integrados CMOS es de menor consumo de potencia que los
TTL.
d) Los CMOS son más lentos en cuanto a velocidad de operación que los TTL.
e) Los CMOS tienen una mayor inmunidad al ruido que los TTL.
f) Los CMOS presenta un mayor intervalo de voltajey un factor de carga más
elevado que los TTL.
En resumen podemos decir que:
TTL: diseñada para una alta velocidad.
CMOS: diseñada para un bajo consumo.
Actualmente dentro de estas dos familias se han creado otras, que intentan
conseguir lo mejor de ambas: un bajo consumo y una alta velocidad. La
familia lógica ECL se encuentra a caballo entre la TTL y la CMOS. Esta familia
nació como un intento de conseguir la rapidez de TTL y el bajo consumo de
CMOS, pero en raras ocasiones es empleada.

10. OTRAS FAMILIASLÓGICAS:
La lógicaDTL (Diode-Transistor-Logic)
Aquí el diseño básico está centralizado en torno a un transistor bipolar en
cuya entrada se han añadido varios diodos, como lo muestra el siguiente
diagrama esquemático:
La forma en la que trabaja este circuito es la siguiente: supóngasequetodas
las tres entradas A, B yC están conectadas al nivel de voltaje alto (en este
caso, Vcc), que identificaremos aquí de la manera usualcomo un "1" lógico.
Siendo así, habrá una señal de entrada en la base del transistor que
ocasionará que dicho transistor conduzcacorrienteeléctrica, lo cual hará que
la salida del transistor caiga prácticamente al nivel de "0". Ahora bien, si
cualquiera de las tres entradas A, B yC recibe una señal de "0", o sea si
cualquiera de los diodos a la entrada es "aterrizado" a tierra eléctrica con una
señal de "cero", el voltaje a la entrada de la base del transistor será
prácticamente de cero, con lo cual el transistor no conducirá corriente
eléctrica alguna y por lo tanto el voltaje de salida del mismo será igual a Vcc o
a "1". Este comportamiento lo podemos resumir de la manera siguiente: si
cualquiera de las entradas A, B ó C toma un valor de "0", la salida será "1".
Unicamente cuando todas las entradas tienen un valor de "0" podremos
tener una salida de "0". Si recordamos bien lo que vimos en los capítulos
anteriores, esta es precisamente la función NAND, como lo indica la función

11. Boleana puesta a la derecha a la salida del colector del transistor. Es así como
el bloque fundamental de la lógica DTL viene siendo precisamente la función
NAND.
La lógica DCTL (Direct-Coupled Transistor Logic)
A diferencia del diseño anterior que requiere un diodo para implementar
cada entrada, la lógica DCTL requiere del uso de un transistor para
implementar cada entrada de la compuerta lógica, lo cual naturalmente
aumenta el costo y la complejidad del circuito. El diagrama esquemático para
el componente esencial de esta clase de lógica es el siguiente:
La forma en la cual trabaja este circuito es la siguiente: supóngaseque ambas
entradas A y B no están recibiendo voltaje alguno, estando ambas
conectadas a "tierra eléctrica" (que viene siendo el equivalente de una señal
de "cero"). En tal caso, ninguno de los dos transistores estará conduciendo
corriente eléctrica alguna, y la salida será igual al voltaje Vcc, o sea un "1"
lógico. Si aplicamos un voltaje a cualquiera de los dos transistores (o sea una
señal de "1") o a ambos, entonces la salida unida de ambos colectores caerá
a un voltaje prácticamente de cero. Puesto de otra manera, si cualquiera de
las dos entradas A y/o B toma un valor de "uno", la salida caerá a "cero". Se

12. requiere que ambas entradas sean "0" para que la salida sea "1". Esta es
precisamente la función lógica NOR, como lo indica la expresión Boleana
puesta a la derecha a la salida conjunta de los colectores de ambos
transistores.
La lógica RTL (Resistor-Transistor-Logic)
Esta clase de circuitos integrados fue la primera que proporcionó en el
mercado componentes lógicos discretos a bajo costo con los cuales se
empezaron a implementar muchas funciones lógicas básicas. Aunquetodavía
no había alguna "estandarización" llevada a cabo por las empresas que
iniciaron la fabricación de circuitos integrados RTL, por vez primera se
empezaron a fabricar muchos tipos de circuitos que además de funciones
lógicas básicas implementaban algunas funciones algo más sofisticadas,
como contadores BINARIOS o registros detransferencia. Por la forma en la
cual está integrada la electrónica interna, el "bloquefundamental" de la
familia RTL no es ninguna de nuestras funciones lógicas básicas (OR, AND,
NOT), sino la función NOR. El bloque NORes el "caballito de batalla" de la
familia RTL.