Este documento define conceptos clave de familias lógicas como fan in, fan out y compara la velocidad de trabajo, consumo de potencia e inmunidad al ruido de las familias CMOS, TTL y ECL. También describe subfamilias como las series 4000, 74C, 74HC y 74HCT de CMOS, así como series TTL como 74L y 74S y familias ECL como ECLI y ECLII.

1. FAMILIAS LOGICAS
Definirlos siguientesconceptos:
Fan In
Se refiere ala capacidad de conectarse enla entradaa N señalesprovenientesde N
compuertas.
Fan Out
Se entiende que eslacapacidadde suministrartensióna N entradasde N compuertassin
siquieradeformarlaseñal digitaldentrodel margende ruidoadmitido.
GeneralmenteenTTLes para aproximadamente 16compuertas.Entoncesel FAN OUT esde
16, enCMOS como la corriente de entradaesalrededorde microamperes, el FAN OUTes
altísimoestonossirve para determinarenel diseñode circuitos digitales yde acuerdoala
familiade circuitos digitales....lacantidadde elementos digitalesque se puedenconectarentre
miembrosde lamismafamilialógica.
Velocidadde trabajo de las familiasCMOS,TTL y ECl
CMOS
Velocidadde conmutación
Los CMOS, al igual que N-MOS yP-MOS, tienenque conducircapacitanciasde carga
relativamente grandes,suvelocidadde conmutaciónesmásrápidadebidoasu baja
resistenciade salidaencadaestado.
Recordemosque unasalidaN-MOStiene que cargarla capacitanciade carga a travésde una
resistenciarelativamentegrande (100kΩ).En el circuitoCMOS, la resistenciade salidaenel
estadoALTO esel valorRON del P-MOSFET, el cual esgeneralmentede 1kΩ o menor.Esto
permite unacarga más rápidade lacapacitanciade carga.
Los valoresde velocidadde conmutacióndependendel voltaje de alimentaciónque se emplee,
por ejemploenunaacompuertaNANDde la serie 4000 el tiempode propagaciónesde 50 ns
para VDD = 5V y 25ns para VDD = 10 V.Como podemosver,mientrasVDDseamayorpodemos
operaren frecuencias máselevadas.Porsupuesto,mientrasmásgrande seaVDD se producirá
una mayordisipaciónde potencia.
Una compuertaNANDde las series74HC o 7411CT tiene untpdpromedioalrededorde 8 ns
cuandofuncionacon unVDD = 5V.Esta velocidadescomparable conlade laserie 74LS.
TTL
Velocidadde conmutación
La velocidadde transmisiónentrelosestadoslógicos essumejorbaza,ciertamente esta
característica le hacer aumentarsuconsumosiendosumayorenemigo.Motivoporel cual han
aparecidodiferentesversionesde TTLcomo FAST,SL, S,etc. y últimamente losTTL:HC, HCT y
HCTLS. En algunoscasos puede alcanzarpocomás de los250Mhz.
ECL
Velocidadde conmutación
En la familiaECLlostransistoresnuncase saturan,estohace que la velocidadde conmutación
seamuy alta,el tiempocomúnde retardoesde 2ns. Los márgenesde ruidoenel peorde los
casos sonde 250 mV.Esto hace a losECL unpoco insegurosparautilizarse enmedios
industrialesde muchotrabajo.
Consumode potenciade las familiasCMOS, TTL y ECL
CMOS
Disipaciónde potencia

2. La potenciadisipada,eslamediade potenciadisipadaanivel altoybajo. Se traduce enla
potenciamediaque lapuertava a consumir.
Una disipaciónde potenciadctípicadel CMOS de sólo2.5 nW porcompuertacuando VDD= 5
V; aúnen VDD= 10 aumentaríasólo10 nW.
Con estosvaloresde PDesfácil observarpor qué lafamiliaCMOSse usa ampliamente en
aplicaciones donde el consumode potenciaesde interésprimordial.
TTL
Disipaciónde potencia
Consumode potenciapor puerta SubfamiliaTTL
1 mW baja potencia
1 mW Schottkyavanzadade baja potencia
2 mW Schottkyde baja potencia
7 mW Schottkyavanzada
10 mW estándar
20 mW Schottky
ECL
Disipaciónde potencia
Tambiéntenemosque tomarencuentaladisipaciónde potenciade unacompuertaECLque es
de 40 mW,muy altaen comparacióna lasotras familias.Otradesventajaessuvoltaje de
alimentaciónnegativoyniveleslógicos,que nosoncompatiblesconlasdemás familiasyesto
dificultael usode lasECL en conjunciónconloscircuitosTTL y MOS.
Inmunidaddel ruidode las familiasCMOS, TTL y ECL
CMOS
Inmunidaddel ruido
Se denominaruidoa“cualquierperturbacióninvoluntariaque puedeoriginaruncambiono
deseadoenlasalidadel circuito.”El ruidopuede generarse externamente porlapresenciade
escobillasenmotoreso interruptores,poracoploporconexionesolíneasde tensióncercanas
o por picosde la corriente de alimentación.Loscircuitoslógicosdebentenerciertainmunidad
al ruidolacual esdefinidacomo“la capacidadpara tolerarfluctuacionesenlatensiónno
deseadasensusentradassinque cambie el estadode salida”.Losfabricantesestablecenun
margende seguridadpara nosobrepasarlosvalorescríticosde tensiónconocidocomo
MARGEN DE RUIDO.
Los márgenesde ruidosonlosmismosenambosestadosydependende VDD.EnVDD = 5 V,
losmárgenesde ruidoson1.5 V.Observamosunamayorinmunidadal ruidoque lasTTL,
siendoCMOSuna atractivaalternativaparaaplicacionesque estánexpuestasaun medio con
muchoruido.Evidentemente, losmárgenesruidopuedenmejorarse utilizandounvalormayor
de VDD a expensasde unmayorconsumode potenciadebidoal mayorvoltaje de
alimentación.
Supongamosque trabajamosaun nivel bajode VOL= 0’4 V con VILmáx = 0’8 V. En estas
condiciones tendremosunmargende ruidoparanivel bajode:VNIL= 0’8 – 0’4 = 0’4

3. TTL
Inmunidaddel ruido
ECL
Inmunidaddel ruido
Los márgenesde ruidoenel peorde loscasos son de 250 mV.Esto hace a los ECL un poco
insegurosparautilizarse enmediosindustrialesde muchotrabajo.
Alimentaciónde energía
CMOS
Voltaje de alimentación
Las series4000 y 74C funcionanconvaloresde VDD,que van de 3 a 15 V, por loque la
regulacióndel voltajenoesunaspectocrítico. Las series74HC y 74RCT funcionanconun
menormargende 2 a 6 V.
Cuandose empleandispositivosCMOSyTTL, juntos,esusual que el voltaje de alimentación
seade 5 V para que una solafuente de alimentaciónde 5V proporcione VDDpara los
dispositivosCMOSyVCC para losTTL. Si losdispositivosCMOSfuncionanconunvoltaje
superiora5V para trabajar juntoconTTL se debende tomarmedidasespeciales.
TTL
Voltaje de alimentación
Estas seriesutilizanunafuente de alimentación(Vcc) convoltaje nominal de 5V.Funcionande
maneraadecuadaen temperaturasambientalesque vande 0° a 70°C.
Los nivelesde voltaje de salidade lafamilia74 estándarson:
Los voltajesaplicadosacualquierentradade unCI no debenexcederlos5.5V.Existe también
un máximoparael voltaje negativoque se puedeaplicarauna entradaTTL, que es de -0.5V.
Esto se debe al uso de diodosde protecciónenparaleloencadaentradade los CITTL.
ECL
Voltaje de alimentación
A diferenciade otrastecnologías(TTL,NMOS, CMOS),la ECL se alimentaconel positivo(Vcc)
conectadoa masa, siendolaalimentaciónentre 0y -5'2V, habitualmente.Algunasfamilias
permitenque VEE sea-5V,para compartirla alimentaciónconcircuitosTTL.
SubfamiliasCMOS,TTL y ECL
CMOS
Series4000/14000
Las primerasseriesCMOSfueronlaserie 4000, que fue introducidaporRCA y la serie14000
por Motorola.La serie original esla4000A; la 4000B representamejoraconrespectoala
primeray tiene mayorcapacidadde corriente ensussalidas.A pesarde la apariciónde la
nuevaserie CMOS,lasseries 4000 siguenteniendousomuydifundido.Laserie 4000A esla
líneamás usadade CircuitosIntegrados digitalesCMOS,contiene algunasfunciones
disponiblesenlaserie TTL7400 y estáenexpansión constante.Algunascaracterísticasmás
importantesde estafamilialógicason:
a) La disipaciónde potenciade estadoestáticode loscircuitoslógicosCMOSesmuybaja.
b) Los niveleslógicosde voltaje CMOSson0 V para 0 lógicoyVDD para 1 lógico.El suministro
VDD
puede estarenel rango 3 V a 15 V para la serie 4000. La velocidadde conmutaciónde la
familiaCMOS 4000A varía con el voltaje de lafuente.(consultarel apartado de losnivelesde
voltaje).

4. c) Todas lasentradasCMOS debenestarconectadasa algúnnivel de voltaje.
Serie 74C
Esta serie CMOSsu característica principal esque escompatible terminal porterminal y
funciónporfunción,conlosdispositivosTTLque tienenel mismonúmero(muchasde las
funcionesTTL,aunque no todas,tambiénse encuentranenestaserie CMOS).Estohace
posible remplazaralgunos circuitosTTLpor undiseñoequivalente CMOS.Porejemplo,74C74
contiene dosflip-flopstipoDdisparadospor flancoytiene lamismaconfiguraciónde
terminalesque el CITTL 7474, que tambiénofrece dosflip-flopstipoDdisparadosporflanco.
El restode las característicasson igualesala serie 74C.
Las seriesHC/HCT tienencomocaracterísticaprincipal su altavelocidad.
Serie 74HC (CMOS de alta velocidad)
Esta es unaversiónmejorde laserie 74C. La principal mejoraradicaen un aumentode diez
vecesenla velocidadde conmutación(comparableconlade losdispositivosde laserie 74LS
de TIL). Otra mejoraesuna mayorcapacidad de corriente enlassalidas.Laserie 74HC sonlos
CMOS de alta velocidad,tienen unaumentode 10vecesla velocidadde conmutación.Laserie
74HCT es tambiénde altavelocidad,y tambiénescompatible enloque respectaalosvoltajes
con losdispositivosTTL.
Serie 74HCT
Esta serie tambiénesunaserie CMOSde alta velocidad,yestádiseñadaparasercompatible
enlo que respectaa losvoltajesconlosdispositivosTTL,esdecir,lasentradas puedenprovenir
de salidasTTL (estono esciertopara las demásseriesCMOS.)
TTL
Serie 74L, TTL de bajo consumode potencia
Serie 74H, TTL de alta velocidad
Serie 74S, TTL Schottky
Serie 74LS (LS-TTL),TTL Schottkyde bajoconsumode potencia
Serie 74AS (AS-TTL),TTLSchottkyavanzada
Serie 74ALS,TTL avanzadaSchottkyde bajoconsumode potencia
ECL
Ademásde lasfamiliaslógicasECLI,ECL II,ECL III,ECL10K y ECL100K, latecnologíaECL se ha
utilizadoencircuitosLSI:
Matrices lógicas
Memorias(Motorola,Fairchild)
Microprocesadores(Motorola,F100 de Ferranti)
Para mejorarlasprestacionesde latecnologíaCMOS,la ECL se incorporaenciertasfunciones
críticas en circuitosCMOS,aumentandolavelocidad,peromanteniendobajoel consumototal.

5. Comparación entre familias lógicas
Familia Ventajas Inconvenientes
Otras
familias
mejoradas
TTL
(74xx)
• El menor producto retardo por
disipación depotencia
• Buena flexibilidad lógica
• Baja impedancia desalida
• Buena inmunidad al ruido
• Numerosas funciones
• Generación de ruido
74Hxx
74Sxx
74Lxx
74LSxx
74ASxx
74ALSxx
ECL
• El menor retardo de
propagación
• Buena flexibilidad lógica
• Salidascomplementarias
• Baja impedancia desalida
• Buena inmunidad al ruido
• Baja generación de ruido
• Alta disipación (40
mW)
• Necesita circuito de
adaptación
con otras familias
MECL 10K
MECL 100K
MECL 300K
MOS
• Alto fan-out
• Gran densidad de integración
• La NMOS es más rápida quela
PMOS
• Incompatibilidad con
otras
familias
• Alta impedancia de
salida
• No admite cableado
lógico
• Baja velocidad PMOS
CMOS
(400Cxx,
74Cxx)
*La de menor disipación de
potencia
• Amplios márgenes de ruido
. Alto fan-out y alto fan-in
. Amplios márgenes en la
alimentación
• Buena inmunidad al ruido
• No admite cableado
lógico
• Menos rápida que
TTL y ECL
74HCxx:
74HCTxx
74ACTxx
74AHCTxx
74FCTxx
74ACTQxx
74VHCxx
74VHCTxx