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• Richard Marin

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FAMILIAS LÓGICAS DIGITALES La familia lógica digital es una estructura de componentes integrados protegidos en un encapsulado de plástico o de cerámica (Circuito Integrado o Chip). Se integran transistores, diodos, resistencias que en conjunto conforman las compuertas lógicas digitales. Cada circuito integrado tiene su identificación (CD 4011, CD 4081, MC14011, 74Ls7401…). CD 4011

Compuerta NAND formada con Transistores

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14

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Según los semiconductores que se usan posemos clasificar las familias en: BIPOLARES (TTL, ECL) MOS (Semiconductor de Oxido de Metal) Las familias lógicas bipolares emplean transistores y diodos destacándose la TTL y ECL La familias lógicas MOS emplean transistores MOSFET destacándose los NMOS , PMOS Según el tamaño de integración en la fabricación y su complejidad tenemos: SSI MSI LSI VLSI ULSI

: Integración a Pequeña Escala : Integración de Mediana Escala : Integración a Gran Escala : Integración a Muy Alta Escala : Integración Ultra Gran Escala

( hasta 11 compuertas lógicas) ( 12 a 99 compuertas lógicas ) ( 100 a 9999 compuertas ) ( 10000 a 99999 compuertas ) ( 100000 a 999999 compuert.) MicroProc.

Las primeras familias lógicas fueron la RTL (Lógica Transistor Resistor) compuesta por resistencias, transistores bipolares, la familia DTL (Lógica Transistor Diodo), compuesta básicamente por diodos y transistores, la familia TTL (Lógica Transistor Transistor), construye los circuitos lógicos con transistores bipolares y la familia MOS muy utilizada por sus alta integración y su bajo consumo , la desventaja es que es más lenta, trabaja a bajas frecuencias y no suministra altas corrientes como la TTL La ECL (Lógica Emisor Acoplado) de la familia TTL, ha sido sustituida por la CMOS (transistores Complementarios MOS) que usa muy bajo consumo y gran densidad de componentes logrando reducir los tamaños de los bloques digitales (Microprocesadores, Microcontroladores, Memorias..).

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Vcc

A Las Compuerta NOT de la familia RTL más la actualidad son la TTL y CMOS.

_ A

Compuerta NOT de la familia ECL

familias usadas en

FAMILIA TTL Esta fue la primera familia de éxito comercial, se utilizó entre 1965 y 1985. Los circuitos TTL utilizan transistores bipolares y algunas resistencias de polarización. El Voltaje de alimentación continua es aproximadamente 5 Volts y se designa por VCC. Esta comienza con el prefijo 74xx, tal como el NAND 7400, 74LS00 y 54xx para las series militares. Texas Instruments pasó a fabricar la TTL, con su familia 74xx, que se convertiría en un estándar de la industria electrónica. En esta familia existen subfamilias : Serie TTL Standard TTL Schottky TTL Low Power Schottky TTL Advanced Schottky TTL Advanced Low Power Schottky TTL

Prefijo 74 74S 74LS 74AS 74ALS

Negador con 6 Compuertas 7404 74S04 74LS04 74AS04 74ALS04

Observamos que este negador es el mismo, solo que posee variantes de mayor exigencia tales como velocidad, de menor consumo, pero sigue siendo el negador de 6 compuertas. Las diferencias entre las series TTL están en las características eléctricas, consumo de potencia, retardo, frecuencia de trabajo. Se mantienen las posiciones de los pines, alimentación, encapsulado y forma física. SERIES ESPECIALES TTL especiales

74 LS 00 ( Compuerta Nand con diodo Schottky de bajo consumo) Series 74 S 00 (Nand TTL de alta velocidad) 74 HC 00 (Nand de alta velocidad compatible con CMOS)

NIVELES LÓGICOS TTL En el estudio de los circuitos lógicos, existen cuatro especificaciones lógicos diferentes: VIL

: Tensión de entrada de nivel bajo

VIH

: Tensión de entrada de nivel alto 2

VOL

: Tensión de salida para nivel bajo

VOH

:

Tensión de salida para nivel alto

VIL es la tensión de entrada entre el rango 0 a 0.8 V que representa un nivel lógico 0 (BAJO). VIH representa la tensiones válidas de un 1 lógico entre 2 y 5 V. El rango de valores 0.8 a 2 V determinan un funcionamiento no predecible, por la tanto estos valores no son permitidos. Lo mismo sucede para los niveles de salida VOL y VOH mostrado a continuación

CARACTERISTICAS DE LA FAMILIA TTL

Su tensión de alimentación característica (VCC) se halla comprendida entre los 4,75v y los 5,25V . En la práctica se utiliza una alimentación de 5 Volts.,(designada comoVCC). La velocidad de transmisión entre los estados lógicos (cambio de 0 a 1 y viceversa) es su mejor característica, pero 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. CONSIDERACIONES IMPORTANTES

Las señales de entrada nunca deben de ser mayores a la tensión de alimentación (5 Volts) ni inferiores al nivel de tierra. 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 está utilizando Es mejor que las salidas no utilizadas de un compuertas estén a nivel alto pues así consumen menos corriente Evitar los cables largos dentro de los circuitos. CMOS (Semiconductor de Oxido de Metal Complementario) 3

En la construcción de circuitos digitales (compuertas, microprocesadores..), la familia MOS más utilizada es la CMOS. La tensión de alimentación típica (designada como VDD), está entre 3 Volts a 15 Volts,para la serie 4000, y de 2 a 6 Volts para la serie 74HC,74HCT (ver manual) Las primeras series CMOS fue introducida por la RCA conocida por la designación 4000 y la serie 14000 por la empresa Motorola. La serie 4000A es la original, la 4000B es una mejora y con mayor capacidad de corriente en la salida INVERSOR CON CMOS La característica principal es usar dos transistores uno del tipo PMOS y el otro del tipo NMOS que en conjunto se denominan complementarios y su consumo en estado de reposo es insignificante. VDD (3 a 15 Vdc.) S E

D

E

E

E

D S La compuerta NOT o inversor construida con CMOS NIVELES LÓGICOS CMOS Si usamos alimentación (VDD) 5 Volts en los CMOS tenemos los siguientes niveles de entrada y salida Las tensiones VIL, VIH, VOL, VOH válidas para los dispositivos CMOS

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Cuando se interconectan distintas familias ( TTL y CMOS) debemos considerar los distintos niveles binarios de cada una, para que ambas se reconozcan. En general podemos decir que la familia: TTL CMOS

Esta diseñada para alta velocidad de conmutación, y de mayor consumo que la CMOS Esta diseñada para un bajo consumo, pero de mayor lentitud que la TTL

INMUNIDAD AL RUIDO Ruido es cualquier perturbación involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida Los circuitos lógicos deben tener un cierto margen que los hace inmune al ruido denominado margen de ruido COMPARACIÓN ENTRE FAMILIAS LÓGICAS

Fan Out : Cantidad máxima de compuertas que se pueden conectar a la salida. Si conectamos una mayor cantidad de lo que indica el Fan Out los niveles lógicos se alterarán y no se reconocerán como tales. Fan IN: Cantidad máx. de compuertas que se pueden conectar a la entrada de una compuerta. COMPUERTAS OR y AND CON DIODOS En ciertas ocasiones no se cuentan con ciertas compuertas, además del espacio que significa un integrado solo para usar una compuerta, siendo más práctico confeccionar una con un par de diodos. +5 Volts Salida = A+B

A

1K A

B

Salida = A*B B

1K OR

AND J.F.P. 5