Familias logicas de circuitos integrados jjgm

1. JuanJosé guarín Mariño
Oscar JavierMariñoBeltrán
FAMILIAS LOGICAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS
Una familia lógica es el conjunto de circuitos integrados (CI’s) los cuales pueden
ser interconectados entre si sin ningún tipo de Interfase o aditamento, es decir,
una salida de un CI puede conectarse directamente a la entrada de otro CI de una
misma familia. Se dice entonces que son compatibles.
Las familias pueden clasificarse en bipolares y MOS. podemos mencionar algunos
ejemplos. Familias bipolares: RTL, DTL, TTL, ECL, HTL, IIL. Familias MOS:
PMOS, NMOS, CMOS. Las tecnologías TTL (lógica transistor- transistor) y CMOS
(metal oxido-semiconductor complementario) son los mas utilizadas en la
fabricación de CI’s SSI (baja escala de integración) y MSI (media escala de
integración).
CARACTERÍSTICAS GENERALES
NIVELES LÓGICOS
Para que un CI TTL opere adecuadamente, el fabricante especifica que una
entrada baja varíe de 0 a 0.8V y una alta varíe de 2 a 5V. La región que esta
comprendida entre 0.8 y 2V se le denomina región prohibida o de incertidumbre y
cualquier entrada en este rango daría resultados impredecibles.
Los rangos de salidas esperados varían normalmente entre 0 y 0.4V para una
salida baja y de 2.4 a 5V para una salida alta.
La diferencia entre los niveles de entrada y salida (2-2.4V y 0.8-0.4V) es
proporcionarle al dispositivo inmunidad al ruido que se define como la
insensibilidad del circuito digital a señales eléctricas no deseadas.
Para los CI CMOS una entrada alta puede variar de 0 a 3V y una alta de 7 a 10V
(dependiendo del tipo de CI CMOS). Para las salidas los CI toman valores muy
cercanos a los de VCC Y GND (Alrededor de los 0.05V de diferencia).
Este amplio margen entre los niveles de entrada y salida ofrece una inmunidad al
ruido mucho mayor que la de los CI TTL.
VELOCIDAD DE OPERACIÓN
Cuando se presenta un cambio de estado en la entrada de un dispositivo digital,
debido a su circuitería interna, este se demora un cierto tiempo antes de dar una
respuesta a la salida. A este tiempo se le denomina retardo de propagación. Este
retardo puede ser distinto en la transición de alto a bajo (H-L) y de bajo a alto (L-
H).

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La familia TTL se caracteriza por su alta velocidad (bajo retardo de propagación)
mientras que la familia CMOS es de baja velocidad, sin embargo la subfamilia de
CI CMOS HC de alta velocidad reduce considerablemente los retardos de
propagación.
FAN-OUT O ABANICO DE SALIDA
Al interconectar dos dispositivos TTL (un excitador que proporciona la señal de
entrada a una carga) fluye una corriente convencional entre ellos.
Cuando hay una salida baja en el excitador, este absorbe la corriente de la carga y
cuando hay una salida alta en el excitador, la suministra. En este caso la corriente
de absorción es mucho mayor a la corriente de suministro.
Estas corrientes determinan el fan-out que se puede definir como la cantidad de
entradas que se pueden conectar a una sola salida, que para los CI’s TTL es de
aproximadamente de 10. Los CI’s CMOS poseen corrientes de absorción y de
suministro muy similares y su fan-out es mucho mas amplio que la de los CI’s TTL.
Aproximadamente 50.
Un circuito integrado (CI) es un cristal semiconductor de silicio, llamado pastilla,
que contiene componentes eléctricos tales como transistores, diodos, resistencias
y capacitores, los diversos componentes están interconectados dentro de la
pastilla para forma un circuito electrónico.
La pastilla está montada en un empaque plástico (cerámico) con sus conexiones
soldadas a las patillas externas para conformar el circuito integrado
Vista interna de un circuito integrado
Circuitos Integrados
Vienen en dos clases de pastillas
Pastilla de hilera doble (DIP)
Pastilla Plana
. Características de los CI’s
Tienen tamaños normalizados
Número de patillas (pins) varía entre 8 y 64
Cada uno tiene una designación numérica impresa en su superficie
Cada fabricante publica un libro de características (databook)

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Existen varias familias de circuitos integrados lógicos que se distinguen por el tipo
de dispositivo semiconductor y por la manera como estos dispositivos son
interconectados para la conformación de la compuertas. El circuito básico en cada
familia es una compuerta NAND ó una NOR.
Familias
Hay muchas familias lógicas de circuitos integrados digitales que han sido
introducidos comercialmente, las más populares son:
TTL: Lógicas de transistores (Transistor-transistor logic)
ECL: Lógica de acoplamiento de emisor (emitter-coupled logic)
MOS: Semiconductor de óxido de metal (Metal-oxide semiconductor)
CMOS: Semiconductor de oxido de metal complementario (Complementary metal-
oxide semiconductor)
Lógica de inyección integrada (Integrated-injection logic)
Tabla de familias
Comentarios
La familia TTL tiene una lista extensa de funciones digitales y es comúnmente la
familia lógica más popular.
La ECL se usa en sistemas que requieren operaciones de alta velocidad.
Los MOS e I2L se usan en circuitos que requieren alta densidad de componentes
y
La CMOS se usa para sistemas que requieren bajo consumo de energía.
Las características de las familias de CI’s lógicos se comparan analizando el
circuitos de la compuerta básica de cada familia, los parámetros más importantes
que son evaluados y comparados son: fan-out, disipación de poder, demora de
propagación y margen de ruido, se explicaran estos parámetros y algunos se
medirán en la práctica.
Fan-out
Especifica el número de cargos normales que puede accionar la salida de la
compuerta sin menoscabar su operación normal. La salida de la compuerta
suministra una cantidad limitada de corriente por encima de la cual no opera
correctamente y en este caso se dice que está sobrecargada.

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Es el número máximo de entradas que pueden conectarse a la salida de la
compuerta y se expresa con un número.
Disipación de potencia
Es la potencia suministrada necesaria para operar la compuerta. Este parámetro
se expresa en milivatios (mW) y representa la potencia real designada por la
compuerta.
Un CI con cuatro compuertas exigirá de la fuente cuatro veces la potencia disipada
por cada compuerta. En un sistema dado puede haber muchos circuitos
integrados y sus potencias deben tenerse en cuenta. El poder total disipado en un
sistemas es la suma total del poder disipado de todos los CI’s.
Retardo de Propagación
Es el tiempo promedio de demora en la transición de propagación de una señal de
la entrada a la salida, cuando las señales binarias cambian de valor. Se expresa
en nanosegundos (ηs).
Las señales que viajan de las entradas de un circuito digital a las salidas pasan
por una serie de compuertas. La suma de las demoras de propagación a través de
las compuertas es la demora total de la propagación del circuito.
Margen de ruido
Es el máximo voltaje de ruido agregado a la señal de entrada de un circuito digital
que no cause un cambio indeseable, a la salida del circuito. Se expresa en voltios
(V).
Hay dos tipos de ruido que deben de considerarse:
Ruido DC, causado por la desviación en los niveles de voltaje de la señal.
Ruido AC, es el pulso aleatorio que puede ser creado por otras señales
conmutadas.
De esta forma el ruido es el termino usado para denotar una señal indeseable
sobrepuesta a una señal de operación normal
Familia TTL
Historia
Aunque la tecnología TTL tiene su origen en los estudios de Sylvania, fue
Signetics la compañía que la popularizó por su mayor velocidad e inmunidad al

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ruido que su predecesora DTL, ofrecida por Fairchild Semiconductor y Texas
Instruments, principalmente. Texas Instruments inmediatamente pasó a fabricar
TTL, con su familia 74xx, que se convertiría en un estándar de la industria.
El circuito básico de la familia TTL es la compuerta NAND
La familia TTL se identifica por su numeración en dos series, la serie 74 y la 54,
siendo la primera de uso comercial y la segunda de uso militar.
Versiones de la familia TTL
Debido al balance entre velocidad y potencia, la familia TTL existe en cinco series
distintas, la serie más popular es la LS por el balance entre rapidez y consumo.
Compuerta NAND en tecnología TTL estándar (N)
. Características de la familia TTL (1)
Fan-out:
En el caso de TTL que una compuerta podrá accionar en su salida otras
compuertas de la misma serie, la capacidad de salida será de 10 para la serie
común y de alta potencia, y de 20 para la serie de baja potencia.
Cuando hay conexión entre TTL y otras familias lógicas, será necesario ir a la
literatura del fabricante para determinar la necesidad de la corriente de entrada y
la disponibilidad de la corriente de salida y asegurarse de que no hay sobrecarga
para la salida de la compuerta.
Características de la familia TTL (2)
Niveles de voltaje
Los siguientes son las definiciones de niveles de voltaje que define el fabricante
como mínimos y máximos para los niveles altos y bajos de una compuerta
VOH: Voltaje de salida mínimo que una compuerta entrega cuando su salida está
en el nivel alto.
VOL: Voltaje de salida máximo que una compuerta entrega cuando su salida está
en el nivel bajo.
VIH: Voltaje mínimo que puede ser aplicado en la entrada de una compuerta y ser
reconocida como nivel alto.
VIL: Voltaje máximo que puede ser aplicado en la entrada de una compuerta y ser
reconocida como nivel bajo.

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Características de la familia TTL
Margen de ruido
Δ0 y Δ1, son los márgenes de ruido para el nivel bajo y alto respectivamente, este
margen se establece para prevenir respuestas falsas que podrían ser causada por
el ruido introducido en el sistema.
Consideraciones prácticas para trabajar con circuitos TTL
Las señales de entrada nunca deben de ser mayores a la tensión de alimentación
ni inferiores al nivel de tierra.
Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel alto, conectarla a Vcc (tensión
de alimentación)
Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel bajo, conectarla a tierra
Si hay entradas no utilizadas, en compuertas NAND, OR, AND, conectarlas a una
entrada que si se esté utilizando
Es mejor que las salidas no utilizadas de las compuertas estén a nivel alto pues
así consumen menos corriente
. Consideraciones prácticas para trabajar con circuitos TTL
Evitar los cables largos dentro de los circuitos
Utilizar por lo menos un capacitor / condensador de desacople (0.01 uF a 0.1 uF)
por cada 5 o 10 paquetes de compuertas, uno por cada 2 a 5 contadores y
registros y uno por cada flip flop. Estos capacitores de desacople eliminan los
picos de voltaje de la fuente de alimentación que aparecen cuando hay un cambio
de estado en una salida TTL / LS. (de Alto a bajo y viceversa) Estos capacitores /
condensadores deben tener terminales lo más cortos posible y conectarse entre
Vcc y tierra, lo mas cerca posible al circuito integrado.
Bibliografía:
http://es.slideshare.net/noegarc/circuitos-integrados-y-familias-logicas
http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/176-familias-logicas-de-circuitos-
integrados