Este documento describe las familias de circuitos integrados lógicos, incluida la familia TTL. Explica que la familia TTL usa la compuerta lógica NAND como su circuito básico y viene en varias series como la serie 74 y 54. También describe las características clave de la familia TTL como fan-out, niveles de voltaje, retardo de propagación y margen de ruido.

1. Circuitos Integrados y
Familias lógicas
Jimmy Reyes López

2. Introducción
 Definición:
 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

3. Vista interna de un circuito integrado

4. Circuitos Integrados
 Vienen en dos clases de pastillas
Pastilla de hilera doble (DIP) Pastilla Plana

5. 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)

6. Clasificación
 Los circuitos integrados se clasifican en dos
categorías generales:
 Lineales
 Operan con señales continuas para producir funciones
electrónicas (eje. Amplificadores, moduladores)
 Digitales
 Operan con señales binarias y se hacen compuertas
digitales interconectadas

7. Tabla de integración de los CI’s
Nivel de Integración Número de Compuertas Función
SSI
Integración en Pequeña
Escala
Unas pocas compuertas Ninguna función, solo
compuertas
MSI
Integración de Mediana
Escala
10 a 100 Compuertas Cumplir con una función
lógica completa
LSI
Integración de Gran escala
Más de 100 compuertas Funciones lógicas con más
de 100 compuertas
VLSI
Integración a Muy Gran
Escala
Miles

8. Familias de Circuitos
Integrados Lógicos
Teoría para la práctica 1

9. Introducción
 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.

10. 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)
 I2L: Lógica de inyección integrada (Integrated-injection logic)

11. Tabla de familias
Tecnología Serie
Familia de circuitos lógicos
integrados con transistores
bipolares
TTL
TTL estándar
TTL de baja potencia
TTL shoottky
TTL shoottky de baja potencia
TTL shoottky avanzada
ECL
Familia de circuitos lógicos
integrados con transistores
MOSFET
CMOS
CMOS estándar
CMOS HC
CMOS HCT
NMOS
PMOS
BiCMOS Combina transistores bipolares con transistores MOSFET

12. 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.

13. Características especiales
 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.

14. 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.
 Es el número máximo de entradas que pueden
conectarse a la salida de la compuerta y se expresa
con un número.

15. 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.

16. 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.

17. 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

18. Familia TTL

19. 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
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.

20. Introducción
 En 1964, Texas Instruments, introdujo la lógica
transistor-transistor (TTL), una familia de
dispositivos ampliamente usada, por su rapidez,
costo y facilidad de uso.
 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.

21. 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.
Serie Tipo de transistor Retardo de
propagación (ns)
Disipación de
potencia (mW)
Producto velocidad-
potencia, pJ
54LS/74LS Schottky, baja
potencia
9.5 2 19
54L/74L Común, baja
potencia
33 1 33
54S/74S Schottky, potencia
normal
3 19 57
54/74 Común, potencia
normal
10 10 100
54H/74H Común, alta
potencia
6 22 132

22. Compuerta NAND en tecnología TTL estándar (N)

23. 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.

24. 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.

25. Niveles de voltaje en TTL
Salida
alta
Entrada
alta
Ent. baja
Entrada
baja
V salida V entrada
VOH = 2.4
V
VOL = 0.4 V
VIH = 2.0 V
VIL = 0.8 V
≤ 0.2 V
Δ1
Δ0

26. Características de la familia TTL (3)
 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.

27. 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

28. 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.

29. Links de ayuda
 http://www.kpsec.freeuk.com/components/74
series.htm
 http://www.ti.com