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FAMILIAS LOGICAS

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Un circuito integrado es una pieza o cápsula que generalmente es de silicio o de algún otro material semiconductor, que utilizando las propiedades de los semiconductores, es capaz de hacer las funciones realizadas por la unión en un circuito, de varios elementos electrónicos, como: resistencias, condensadores, transistores, etc.

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La estandarización es uno de los aspectos claves para la fabricación en serie de los distintos circuitos digitales. Los términos más usuales son:

VIH(min): Voltaje de entrada de nivel alto

VIL(max): Voltaje de entrada de nivel bajo

VOH(min): Voltaje de salida de nivel alto

VOL(max): Voltaje de salida de nivel bajo

IIH: Corriente de entrada de nivel alto

IIL: Corriente de entrada de nivel bajo

IOH: Corriente de salida de nivel alto

IOL: Corriente de salida de nivel bajo

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Factor de carga (fan-out)

Factor de carga de salida (bajo) = Factor de carga de salida (alto) =

En general:

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Condiciones de compatibilidad entre familias

Cuando se conecta la salida de un circuito (al que denominamos excitador o driver) a la entrada de otro (que denominaremos carga o receiver), deben cumplirse dos condiciones, unas impuestas por las tensiones y otras por las corrientes. Desde el punto de vista de tensiones, se pueden escribir de la siguiente forma:

VOL,max(driver) ≤ VIL,max(receiver)

VOH,min(driver) ≥ VIH,min(receiver)

VOL,min(driver) ≥ VIL,min(receiver)

VOH,max(driver) ≤ VIH,max(receiver)

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Las dos primeras condiciones garantizan que los niveles lógicos de salida de un circuito (excitador, driver) sean interpretados correctamente por el otro (carga, receiver). Las dos últimas desigualdades son de seguridad, y se deben cumplir para que las tensiones de salida del circuito excitador en ningún caso superen las mínimas y máximas permitidas a las entradas de circuito que actúa como carga.Este último aspecto es especialmente importante cuando se interconecten familias lógicas que funcionan con diferentes tensiones de alimentación.

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Desde el punto de vista de corrientes, se debe cumplir que el circuito excitador debe ser capaz de suministrar la corriente que demanda la entrada del circuito que funciona como carga, lógicamente garantizando la compatibilidad de tensiones. Por tanto, desde el punto de vista de corrientes deben cumplirse dos condiciones:

1. Los signos de las corrientes de entrada y salida deben ser opuestos, tanto a nivel alto como a nivel bajo, considerando las corrientes entrantes a los circuitos como positivas.2. Los valores de los módulos de las corrientes deben cumplir las siguientes desigualdades:

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ǀIOH,maxǀ ≥ ǀIIH,maxǀ

ǀIOL,maxǀ ≥ ǀIIL,maxǀ

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Margen de ruido:

Las señales espurias se denominan ruido y algunas veces pueden ocasionar que el voltaje en la entrada de un circuito lógico caiga por debajo de VIH(min) o exceda VIL(max) , lo que podría producir una operación poco confiable.

El margen de ruido en estado alto se define:

VNH=VOH(min) - VIH(min)

El margen de ruido en estado bajo se define:

VNL=VIL(max) - VOL(max)

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Clasificación:

A. Según su fabricación:A.1 Silicio: Que pueden ser según el tipo de dispositivo.Bipolar:•RTL: Lógica Resistor Transistor•DTL: Lógica Diodo Transistor•TTL: Lógica Transistor Transistor•I2L: Lógica de Inyección IntegradaMOS:•PMOS: Transistores MOS de canal P•NMOS: Transistores MOS de canal N•CMOS: Transistores MOS complementarios

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A.2 Arseniuro de Galio.B. Según el nivel de integración: B.1 SSI: Escala de integración baja (10 a 100 componentes) B.2 MSI: Escala de integración media (100 a 1000 componentes) B.3 LSI: Gran escala de integración (1000 a 10000 componentes) B.4 VLSI: Escala de integración muy alta (10000 a 100000 componentes) B.5 ULSI: Escala de integración ultra alta (más de 100000 componentes)C. Según su diseño: C.1 Normalizados o estándar: Circuitos suministrados por diferentes fabricantes. C.2 Semimedida (semi-custom): Capaces de realizar varias funciones según su programación. Pueden ser: Fija: Dispositivos lógicos programables. Variable: Conjuntos de puertas y células. C.3 A medida (custom): Diseñados para realizar una función específica.

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La familia lógica TTLEsta fue la primera familia de éxito comercial. Los circuitos TTL utilizan transistores bipolares y algunas resistencias de polarización. La tensión nominal de alimentación de los circuitos TTL es de + 5 V DC.

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Configuraciones de salida de compuertas TTL:

• Salida de Colector Abierto (Open Collector).• Salida de Poste Totémico (Totem Pole).• Salida de Tres Estados Tri State).

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Series 74L, 74H. Series de baja potencia y alta velocidad tienen el mismo circuito básico que la serie estándar, con valores diferentes de los componentes.Serie 74S, TTL SCHOTTKY. Disminuye el retraso de tiempo por almacenamiento al no permitir que el transistor entre demasiado en saturación, y esto se logra colocando entre la base y colector del transistor un diodo de barrera Schottky.Serie 74LS, TTL SCHOTTKY de bajo consumo. Es una versión de la serie 74S con menor consumo de potencia y velocidad, utiliza el transistor Schottky, pero con valores más grandes de resistencia que la serie 74S.

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Serie 74AS, TTL AVANZADA SCHOTTKY. Proporciona una mejora considerable en velocidad sobre las 74S con un requerimiento de consumo mucho menor.Serie 74ALS, TTL AVANZADA SCHOTTKY de bajo consumo. Ofrece mejoras sobre la serie 74LS tanto en velocidad como en disipación de potencia.

Serie 74F, TTL FAST. Es la más reciente y utiliza la técnica de fabricación más nueva, para reducir las capacitancias interdispositivos a fin de lograr demoras reducidas en la propagación.

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La familia lógica CMOSLa tecnología CMOS es la más utilizada actualmente para la construcción de circuitos integrados digitales, desde compuertas, hasta circuitos tales como memorias y microprocesadores. La tensión nominal de alimentación de los circuitos CMOS es +5 V y +3,3 V.

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Inversor CMOS NAND CMOS

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Series 4000/14000. La serie 4000 fue introducida por RCA, la 14000 por Motorota Inc. Tienen disipación de potencia muy baja y pueden operar en un amplio rango de voltaje (3 a 15v), son lentos, y con baja capacidad de corriente. Sus terminales no son eléctricamente compatibles con ninguna serie TTL.Serie 74C. Es compatible Terminal por Terminal y función por función con la serie TTL que tengan el mismo número.Series 74AC/ACT (CMOS avanzado). Es la más nueva de CMOS es funcionalmente equivalente con las diversas series TTL pero no es compatible en terminales con TTL. Esto debido a que las ubicaciones de los terminales se han seleccionado para mejorar la inmunidad al ruido. No son eléctricamente compatibles con TTL (Los 74AC). Los 74ACT se pueden conectar directamente con TTL.

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Series 74HC/HCT (CMOS de alta velocidad). Es una versión mejorada de la serie 74 C, que tiene un incremento de 10 veces en la velocidad de conmutación, comparada con la de los dispositivos 74LS y una capacidad para corriente de salida mucho mayor que el 74C. Son compatibles con los terminales y funcionalmente equivalente a los TTL con el mismo número. Los dispositivos 74HCT son eléctricamente compatibles con TTL, pero los 74HC no lo son; por lo tanto, es la serie CMOS más utilizada.

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NOTA: Las entradas CMOS nunca deben dejarse desconectadas. Todas las entradas CMOS tienen que estar conectadas a un nivel fijo de voltaje (0v o VDD) o bien a otra entrada. Esta regla se aplica aún a las entradas de otras compuertas lógicas que no se utilizan en el mismo encapsulado, una entrada CMOS no conectada es susceptible al ruido y a cargas estáticas que fácilmente pudieran activar los MOSFET canal-N y canal-P, produciendo una mayor disipación de potencia y posible sobrecalentamiento.

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Compatibilidad con terminales. Dos circuitos integrados son compatibles con terminales cuando sus configuraciones de terminales son iguales.

Equivalentes funcionalmente. Son circuitos integrados que ejecutan funciones lógicas idénticas.Eléctricamente compatibles. Son circuitos integrados que pueden conectarse en forma directa entre sí, sin necesidad de acciones especiales para obtener el funcionamiento correcto.

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Lógica BICMOS Son una combinación de las mejores características de la bipolar y CMOS. Se han integrado las características de baja potencia de CMOS y las de alta velocidad de los circuitos bipolares, a fin de producir una familia lógica de baja potencia y muy alta velocidad. No están disponibles en la mayor parte de las funciones de SSI y MSI, sino que están limitadas a funciones utilizadas en aplicaciones en interfaces con microprocesadores y de memoria.