Familias Lógicas, por Elías Coto

Tecnología TTL
1. Compuertas NAND y AND
  1. Utilizan entradas de transistor con multiple emisor o con varios diodos.
  2. NAND TTL disipa una potencia promerdio de 2.4 mW
2. Compuertas NOR y OR TTL
  1. Utilizan transistores de entrada separados.
3. Hojas Técnicas
  1. Su demanda en el mercado es lo que los mantiene "vivos".
4. Aplicaciones
  1. Microprocesadores
  2. Memorias RAM,PROM y PAL.
  3. Interconecta puertas lógicas
5. Series
  1. TTL-L: bajo consumo
  2. TTL-S: serie rápida
  3. TTL-AS: innovación del TTL-S
  4. TTL-LS: Combinación del TTL-S y TTL-L
  5. TTL-F: versión rápida
  6. TTL-ALS: mejora del TTL-AS
  7. TTL estandar
  8. TTL-AF: mejora de TTL-F
  9. TTL-HCT: dotada de niveles lógicos compatibles con TTL
Tecnología CMOS
1. Característica principal
  1. Usa, conjuntamente, transistores de tipos pMOS y nMOS, configurados para que, en reposo, el consumo de energía sea únicamente debido a las corrientes parásitas.
2. Historia
  1. Lo crearon Wanlass y Sah a principios de los 60
  2. Su introducción comercial se debió a RCA.
  3. Su inclusión de un bufer y mejoras en el proceso de oxidación local los llevaron al éxito debido a su bajo consumo de alimentación.
3. Compuertas
  1. INVERSOR CMOS: Tiene dos MOSFET en serie, de manera que el dispositivo de canal P tiene conectada su fuente +Vpp y el dispositivo de canal N tiene su fuente a tierra.
  2. NAND CMOS: Muestra una compuerta NAND que se forma al agregar un MOSFET de canal P en paralelo y un MOSFET de canal N en serie al inversor básico.
  3. NOR CMOS: Se agrega un P-MOS en serie y un N-MOS en paralelo al inversor básico.
4. Aplicaciones
  1. La inmensa mayoría de los circuitos integrados que se fabrican tienen tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, DSPs y muchos otros tipos de chips digitales.
5. Series
  1. 74VLC: bajo voltaje
  2. 74ALVC: avanzado de bajo voltaje
  3. 74LV: Bajo voltaje
  4. 74AVC: avanzado de muy bajo voltaje
  5. 74AUC: avanzado de ultrabajo voltaje
  6. 74TVC: Ckto de sujeción de traducción de voltaje
  7. 74AUP: ultra baja potencia avanzada
  8. 74CBT: Tecnología de interconexión cruzada
  9. 74CBTLV: Tecnología transversal de bajo voltaje
  10. 74GTLP: Lógica de transceptor de disparo plus
  11. 74SSTV: Lógica terminada en series de acoplamiento.
  12. Interruptor TS de señal TI
Familias lógicas iniciales
1. RTL
  1. Sus puertas se construyeron con resistencias y transistores
  2. Esquema básico NOR:
  3. Fue la primera familia lógica antes de la tecnología de integración.
2. DTL
  1. Compuesta por diodos y transistores donde los diodos se encargan de realizar la parte lógica y el transistor actua como amplificador inversor.
  2. Algunas caracteristicas
    1. La NAND es su puerta básica
    2. Inmunilidad al ruido buena
    3. Alto número de funciones realizables
3. ECL
  1. Evita la saturación de los transistores de los que esta compuesto.
  2. El ckto básico para los ECL es principalmente la configuración de amplificador diferencial
4. IIL
  1. Esta construido con transistores de juntura bipolar de colector mutiple
  2. El corazón de un ckto IIL es el inversor de colector abierto y emisor común.
5. Historia
  1. En 1930 aparecieron los primeros cktos lógicos controlados eléctricamente, basados en reveladores. Luego, en 1940, sale la primera computadora digital electrónica que usaba cktos lógicos basados en tubos de vacío. A finales de 1950 se inventa el diodo semiconductor y el transistor bipolar de unión, que permitieron el desarrollo de computadoras más pequeñas, rápidas y con mayor capacidad. Y en 1960 se introdujeron las primeras familias lógicas de cktos integrados.
Compuertas especiales
1. Tres estados
  1. Presentan tres estados de salidas diferentes: un estado de bajo nivel (0), un estado de alto nivel (1), un estado de alta impedancia o estado flotante (z).
  2. Funciona normalmente cuando B1 se encuentra en estado alto. Su salida se corresponde con el valor de su entrada. Si B1 se encuentra en bajo, su salida cambiará al estado de alta impedancia independientemente del estado en que se encuentre su entrada.
  3. Las salidas de los CIs triestado pueden conectarse juntas sin sacrificar la velocidad de conmutación, ya que cuando se habilita una salida triestado, opera como una salida en forma de tótem para TTL, o como una salida CMOS de puesta en alto, puesta en bajo activa sus caracteristicas asociadas de alta impedancia y alta velocidad.
2. Colector Abierto
  1. Su salida esta externalizada, es decir abiera o sin resistencia en el colector del transistor de salida.
  2. Las compuertas de colector abierto TTL pueden operar sin la resistencia externa cuando se conecta a las entradas de otras compuertas TTL, aunque no es recomendable debido a la baja inmunidad al ruido encontrada. Sin una resistencia externa, la salida de la compuerta será un ckto abierto cuando la salida este en bajo.
  3. Las compuertas de colector abierto TTL se emplean básicamente en tres aplicaciones principales: -impulsar una lámpara o revelador -realizar lógica alambrada -para la construcción de un sistema de bus común
3. Schmitt trigger
  1. Conmuta la salida negativa cuando a entrada pasa por encima de una tensión de referencia positiva. Luego utiiza una realimentación negativa para evitar cambiar de nuevo al otro estado hasta que la entrada pasa a través de una tensión umbral inferior, estabilizando así la conmutación en contra de la activación rápida por el ruido a medida que pasa por el punto de disparo.
4. Buffer
  1. Los hay de dos tipos: de corriente y de voltaje.
  2. El buffer de corriente es utilizado para transferir corriente desde un primer ckto, a un segundo ckto de alta impedancia. Mientras el buffer de voltaje se utiliza para transferir tensión de un primer ckto, a un segundo ckto con un nivel de entrada de baja impedancia.
  3. También se encuentran buferes triestado, los cuales se utilizan para controlar el paso de una señal ógica de la entrada a la salida. Algunos buferes triestado también invierten la señal a medida esta va pasando.
Características de las familias lógicas TTL y CMOS
1. Características generales TTL
  1. 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).
  2. 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.
  3. 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)
2. Características de Cierto CIs pertenecientes a la familia TTL
  1. -TTL estándar serie 74: Su producción ha disminuido considerablemente, ya que hoy en día existen dispositivos más eficientes y a un costo más bajo. -TTL Schottky, serie 74S: Reducen el retraso en el tiempo de almacenamiento al no permitir que el transistor caiga tanto en su saturación.
  2. -TTL Schottky de baja potencia, serie 74LS: Es una versión de menor velocidad y potencia que la serie 74S -TTL Scottky serie 74AS: Proporciona una mejora considerable en velocidad, en comparación con la serie 74Scon un requerimiento mucho menor de energía.
  3. -TTL Schottky avanzado de baja potencia, serie 74ALS: Es una versión mejorada de la serie 74LS tanto en velocidad como en disipación de potencia. -74F, TTL rápida: Es utilizado para reducir la capacitancia entre dispositivos y por ende se logra reducir los tiempos de propagación.
3. Características de entradas TTL
  1. Entradas desconectadas: En cualquier CI TTL, todas las entradas son 1s si no se conectan con alguna señal lógica o a tierra. Cuando la entrada se deja desconectada, se dice que está flotando.
  2. Entradas sin utilizar: Se procura nunca dejar una entrada sin conectar ya que puede alterar el funcionamiento de un circuito.
  3. Entradas conectadas entre sí: Cuando dos o más entradas se conectan entre sí, la entrada común por lo general, representara una carga que es la suma de la clasificación de corrientes de carga de cada entrada individual.
4. Características de CMOS
  1. Utilizan menos energía que los N-MOS o P-MOS y son la tecnología dominante en el mercado actual.
  2. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas, colocado obviamente en la placa base.
  3. Son regenerativos: una señal degradada que acometa una puerta lógica CMOS se verá restaurada a su valor lógico inicial 0 o 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido que el circuito pueda tolerar.
  4. Gracias a su carácter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión.
5. Características de la serie CMOS
  1. -Series 400/14000: La serie CMOS más antigua. Tienen una disipación de potencia muy baja y pueden operar sobre un amplio intervalo de voltajes de alimentación de energía. -74HC/HCT: tienen un incremento de 10 veces la velocidad de conmutación en comparación con la de los dispositivos 74LS.
  2. -74AC/ACT: Es considerado el CMOS más avanzado. Es equivalente funcional de las diversas series TTL, pero no es compatible en terminales con TTL. -74AHC/AHCT: los dispositivos en esta serie son tres veces más rápidos y pueden utilizarse como reemplazo directos para los dispositivos de la serie HC.
Familia ECL
1. Fundamento
  1. El funcionamiento de los circuitos ECL se basa en el mismo del amplificador diferencial. Los transistores no se saturan, la operación normal es en zona activa, lo que constituye una de las razones que hace que estos circuitos sean los mas veloces de los circuitos integrados digitales.
2. Configuración de una ECL
  1. Está basada en el amplificador diferencial, denominado así porque su salida es proporcional a la diferencia entre dos tensiones de entrada V1 y V2. Este circuito se utiliza principalmente en sistemas analógicos, pero también tiene propiedades digitales, llegando a ser la base de construcción de la lógica de emisor acoplado o ECL (en algunos casos nos la podemos encontrar como lógica de modo corriente o CML)
  2. Al aumentar el número de entradas, es necesario poner dos seguidores de emisor para igualar niveles de tensión de entrada y salida.
  3. Si V1 es igual que V2 se tendrá que, por simetría del circuito, las corrientes de los transistores son iguales. Sin embargo, si V1 sobrepasa a V2 en aproximadamente 0,1 voltio, el transistor T1 estará en conducción y T2 en corte; e inversamente, si V1 es menor que V2 en 0,1 voltio, entonces T2 conducirá y T1 estará en corte.
3. Ventajas
  1. Son los circuitos más veloces y pueden alcanzar tiempos de demora de hasta 1ns
  2. No existen picos de corrientes en los transistores como sucede en la familia lógica TTL.
  3. Se dispone de salidas complementadas, lo que le brinda mayor versatilidad.
  4. El nivel de 1 lógica es prácticamente independiente del factor de carga.
  5. Buen factor de carga N= 15
4. Desventajas
  1. Pequeños valores de los márgenes de ruidos
  2. Altos valores de potencia del orden de 40 mW.
  3. No son compatibles con los circuitos TTL.
  4. Ocupan gran área en los circuitos integrados
5. Aplicación
  1. Puerta OR/NOR de dos entradas y su representación esquemática, en una familia ECL
Familia BICMOS de bajo voltaje
1. Series
  1. 74LVT: Tecnología BICMOS de bajo voltaje
  2. 74ALVT: Tecnología BICMOS avanzada de bajo voltaje
  3. 74ALB: Tecnología BICMOS avanzada de bajo voltaje
  4. 74VME: Modulo VERSA Eurocard
2. Historia
  1. Hasta hace poco la integración de transistores MOS y bipolares en un mismo componente era difícil y poco viable económicamente. Por esta razón la mayor parte de los circuitos integrados elegían usar una u otra tecnología en función de los criterios de diseño. Los transistores bipolares ofrecían alta velocidad, alta ganancia y baja resistencia de salida mientras que los CMOS presentaban alta resistencia de entrada que se traducía en puertas lógicas sencillas y de bajo consumo
  2. A finales de los 90 las técnicas modernas de fabricación empezaron a hacer posible los circuitos BiCMOS. Esta tecnología fue rápidamente adoptada en la fabricación de amplificadores y mostró así mismo algunas ventajas en circuitos digitales. Si bien no se ha aún alcanzado el alto nivel de integración permitido por la tecnología CMOS, lo que restringe el uso de la BiCMOS en circuitos lógicos a escalas de baja y media integración.
3. Ventajas
  1. Consideremos como ejemplo de circuito BiCMOS un amplificador de dos etapas (la primera con un transistor MOS y la segunda con un BJT). Está claro que la primera etapa aporta una elevada impedancia de entrada y la segunda una baja resistencia de salida. Pero además para determinadas configuraciones, sobre todo en cascada, presenta también la característica de una baja capacitancia (casi tanto como en el caso de un sólo BJT). Lo que se traduce en amplificadores con un alto ancho de banda y circuitos lógicos con alta velocidad de conmutación.
4. Desventajas
  1. El principal inconveniente de esta tecnología reside en ajustar por separado las características de los componentes BJT y MOS. Esto aumenta el número de etapas del proceso de fabricación y en consecuencia su coste.
5. Características

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