Este documento describe las familias lógicas de circuitos integrados, incluidas las familias bipolares como TTL y las familias MOS como CMOS. Explica las características generales de los niveles lógicos y la velocidad de operación de los CI TTL y CMOS. También cubre conceptos como el fan-out y proporciona detalles sobre la tecnología TTL, incluidas sus características, versiones y tecnología.

1. FAMILIA DE CIRCUITOS INTEGRADOS
(Mod. Electrónica)
PRESENTADO POR:
Sergio Andres Rodriguez Santoyo
PRESENTADO A:
Ing. Kevin Barrera
INSTITUCIÓN EDUCATIVA BRAULIO GONZÁLEZ
Yopal - Casanare
11°A

2. FAMILIAS LOGICAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS
Una familia lógica es el conjunto de circuitos integrados (CI’s) los cuales pueden ser
interconectados entre sí 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 más 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 un alta varíe de 2 a 5V. La región que está 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).
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.

3. 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 más amplio que la de los CI’s TTL.
Aproximadamente 50.
TECNOLOGÍA TTL
TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor logic, es decir, lógica transistor a
transistor. Es una familia lógica o lo que es lo mismo, una tecnología de construcción
de circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL
los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares.
 Características
 Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los
4,75V y los 5,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL
trabaja con 5V.
 Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida
entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 2,4V y Vcc para el estado H
(alto).
 La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si
bien esta característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor
enemigo. Motivo por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL
como FAST, LS, S, etc y últimamente los CMOS: HC, HCT y HCTLS. En
algunos casos puede alcanzar poco más de los 250 MHz.
 Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a
través de circuitos adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m
por cable sin graves pérdidas).

4.  Familia
Los circuitos de tecnología TTL se prefijan normalmente con el número 74 (54 en las
series militares e industriales). A continuación un código de una o varias cifras que
representa la familia y posteriormente uno de 2 a 4 con el modelo del circuito.
Con respecto a las familias cabe distinguir:
 TTL: serie estándar.
 TTL-L (low power): serie de bajo consumo.
 TTL-S (schottky): serie rápida (usa diodos Schottky)
 TTL-AS (advanced schottky): versión mejorada de la serie anterior.
 TTL-LS (low power schottky): combinación de las tecnologías L y S (es la
familia más extendida).
 TTL-ALS (advanced low power schottky): versión mejorada de la serie LSS.
 TTL-F (FAST : fairchild advanced schottky).
 TTL-AF (advanced FAST): versión mejorada de la serie F.
 TTL-HCT (high speed C-MOS): Serie HC dotada de niveles lógicos compatibles
con TTL.
 TTL-G (GHz C-MOS): GHz (From lbkj).
Versiones
A la familia inicial 7400, o 74N, pronto se añadió una versión más lenta pero de bajo
consumo, la 74L y su contrapartida rápida, la 74H, que tenía la base de los
transistores dopada con oro para producir centros de recombinación y disminuir la
vida media de los portadores minoritarios en la base. Pero el problema de la velocidad
proviene que es una familia saturada, es decir, los transistores pasan de corte a
saturación. Pero un transistor saturado contiene un exceso de carga en su base que
hay que eliminar antes de que comience a cortarse, prolongando su tiempo de
respuesta. El estado de saturación se caracteriza por tener el colector a menos
tensión que la base. Entonces un diodo entre base y colector, desvía el exceso de
corriente impidiendo la introducción de un exceso de cargas en la base. Por su baja
tensión directa se utilizan diodos de barrera Schottky. Así se tienen las familias 74S
y 74LS, Schottky y Schottky de baja potencia. Las 74S y 74LS desplazaron por
completo las 74L y 74H, debido a su mejor producto retardo·consumo. Mejoras en el
proceso de fabricación condujeron a la reducción del tamaño de los transistores que
permitió el desarrollo de tres familias nuevas: 74F (FAST: Fairchild Advanced
Schottky Technology) de Fairchild y 74AS (Advanced Schottky) y 74ALS (Advanced
Low Power Schottky) de Texas Instruments. Posteriormente, National Semiconductor
redefinió la 74F para el caso de búferes e interfaces, pasando a ser 74F(r).

5. Tecnología
La tecnología TTL se caracteriza por tener tres etapas, siendo la primera la que le
nombra:
 Etapa de entrada por emisor: se utiliza un transistor multiemisor en lugar de la
matriz de diodos de DTL.
 Separador de fase: es un transistor conectado en emisor común que produce en
su colector y emisor señales en contrafase.
 Driver: está formada por varios transistores, separados en dos grupos. El
primero va conectado al emisor del separador de fase y drenan la corriente
para producir el nivel bajo a la salida. El segundo grupo va conectado al colector
del divisor de fase y produce el nivel alto.
Esta configuración general varía ligeramente entre dispositivos de cada familia,
principalmente la etapa de salida, que depende de si son búferes o no y si son de
colector abierto, tres estados (ThreeState), etc.
Se presentan mayores variaciones entre las distintas familias: 74N, 74L y 74H que
difieren principalmente en el valor de las resistencias de polarización, pero los 74LS
(y no 74S) carecen del transistor multiemisor característico de TTL. En su lugar
llevan una matriz de diodos Schottky (como DTL). Esto les permite aceptar un margen
más amplio de tensiones de entrada, hasta 15V en algunos dispositivos, para facilitar
su interfaz con CMOS.
También es bastante común, en circuitos conectados a buses, colocar un transistor
PNP a la entrada de cada línea para disminuir la corriente de entrada y así cargar
menos el bus. Existen dispositivos de interfaz que integran impedancias de adaptación
al bus para disminuir las reflexiones o aumentar la velocidad.