Electrónica Digital I

Instituto Tecnológico de Oaxaca

Familias de Circuitos Integrados LOGICO-DIGITALES

Equipo N. 6

Ingeniería en Electrónica

Circuitos Integrados

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

Clasificación de CI

•los análogos – operación fija•los digitales – Programables

Los métodos de fabricación actuales permiten construir CI cuya complejidad

está en el rango de una a 105 o más puertas por pastilla.

CI Analógicos

Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

CI Digitales

Estos circuitos integrales funcionan con base en la lógica digital o álgebra de Boole, donde cada operación de esta lógica, es representada en electrónica digital por una compuerta.La complejidad de un CI puede medirse por el número de puertas lógicas que contiene.

Familias Lógicas

Los circuitos digitales emplean componentes encapsulados, los cuales pueden albergar puertas lógicas o circuitos lógicos más complejos. De forma global los componentes lógicos se engloban dentro de una de familia lógica:

• TTL• CMOS• ECL

•TTL: diseñada para una alta velocidad.

•CMOS: diseñada para un bajo consumo.

•La familia lógica ECL se encuentra a caballo entre la TTL y la CMOS. Esta familia nació como un intento de conseguir la rapidez de TTL y el bajo consumo de CMOS, pero en raras ocasiones se emplea.

DESCRIPCIÓN

•SSI ( pequeña escala ) : menor de 10 puertas.•MSI ( media escala ) : entre 10 y 100 puertas.•LSI ( alta escala ) : entre 100 y 10.000 puertas.•VLSI ( muy alta escala ) : a partir de 10.000 puertas.

los CI se clasifican en los siguientes niveles o escalas de integración :

•CMOS: 5 a 15 V (dependiendo de la tensión tendremos un tiempo de propagación).

•TTL : 5 V.

Las puertas lógicas no son dispositivos ideales, por lo que hay una serie de limitaciones impuestas por el diseño interno de los dispositivos lógicos. La familia TTL emplea transistores bipolares (de aquí su alto consumo), mientras que la familia CMOS emplea transistores MOS (a lo que debe su bajo consumo).

Lógica De Resistor-Transistor (RTL)

La puerta básica para esta familia es la compuerta NOR. La disipación de potencia de la compuerta RTL es alrededor de 12 mW y el retardo de propagación promedia 25ns.  

Lógica Diodo-Transistor (DTL)

El problema básico con compuertas DL es que ellos deterioran el signo lógico rápidamente. Sin embargo, ellos trabajan para una fase en un momento, si el signo se re-amplifica entre las compuertas. Lógica del diodo-transistor (DTL) logra esa meta. El circuito básico de la familia lógica digital DTL es la compuerta AND.

La disipación de potencia de una compuerta DTL es aproximadamente 12 mW y el retardo de propagación promedia 30 ns. El margen de ruido es de alrededor de 1 V y es posible un abanico de salida tan alto como 8. El abanico de salida de la compuerta DTL esta limitado con la corriente máxima que puede fluir en el colector del transistor

Familias Logicas Del Ldv

El diferencial de la baja tensión que señala (LVDS) trata las necesidades de las aplicaciones de la transmisión de datos del alto rendimiento.

La tecnología de LVDS ofrece una señal diferenciada de la baja tensión de 330mV (máximo del abd 450mV de 250mV minuto) y de los tiempos rápidos de la transición. Esto permite que los productos traten las altas tarifas de datos que se extienden a partir de Mbps del 100 a mayor de 1 Gbps.

TTL (transistores bipolares)

La serie 5400/7400 ha sido una de las familias lógicas de Circuitos Integrados más usadas. La diferencia entre las versiones 5400 y 7400 es que la primera es de uso militar, operable sobre rangos mayores de temperatura (de –55 a +125ºC) y suministro de alimentación (cuya variación en el suministro de voltaje va de 4,5 a 5,5 V). La serie 7400 opera sobre el rango de temperatura 0 – 70ºC y con una tensión de alimentación de 4,75 a 5,75 V. Ambas tienen un fan-out típico de 10, por lo que pueden manejar otras 10 entradas. 

TTL de alta velocidad, serie 74H00:

Poseen una velocidad de conmutación mucho más rápida con un retardo promedio de propagación de 6ns. Pero la velocidad aumentada se logra a expensas de una disipación mayor de potencia.

Tipos de TTL

CMOS- Acrónimo de Complementary Metal Oxide Semiconductor (Semiconductor Complementario de Óxido Metálico).

Utilizados por lo general para fabricar memoria RAM y aplicaciones de conmutación, estos dispositivos se caracterizan por una alta velocidad de acceso y un bajo consumo de electricidad. Pueden resultar dañados fácilmente por la electricidad estática.

CMOS usa sólo una fracción de la potencia que se necesita para la serie TTL de baja potencia (74L00) y es así apropiada idealmente para aplicaciones que usan potencia de batería o potencia con batería de respaldo.

La serie 4000A es la línea más usada de Circuitos Integrados digitales CMOS. Contiene algunas funciones disponibles en la serie TTL 7400 y está en expansión constante

-La disipación de potencia de estado estático de los circuitos lógicos CMOS es muy baja.

-Los niveles lógicos de voltaje CMOS son V para 0 lógico y + VDD para 1 lógico. El suministro + VDD puede estar en el rango 3 V a 15 V para la serie 4000A, por lo que la regulación de la fuente no es una consideración seria para CMOS.

-La velocidad de conmutación de la familia CMOS 4000A varía con el voltaje de la fuente.

-Todas las entradas CMOS deben estar conectadas a algún nivel de voltaje, preferiblemente tierra o VDD. Entradas no usadas no pueden dejarse flotado (desconectadas), porque estas entradas serían susceptibles al ruido. Estas entradas no usadas pueden también ser conectadas a una de las entradas usadas, siempre y cuando no se exceda el fan-out de la fuente de señal. Esto es altamente improbable debido al alto fan-out del CMOS.

Diferencias mas importantes:

Los voltajes de alimentación son de 5V para los circuitos TTL y de 3 V a 15 V para los circuitos CMOS.

En la fabricación de los circuitos integrados se usan transistores bipolares par el TTL y transistores MOSFET para La tecnología CMOS.

El circuito integrado CMOS es de menor consumo de energía pero de menor velocidad que los TTL.