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• DANIELA SAMBONI PACHECO

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TRABAJO DE CONSULTA FAN IN, FAN OUT Y TOTEM POLE Daniela Samboni Pacheco Departamento de Automática y Electrónica Universidad Autónoma de Occidente Santiago de Cali, Colombia

Abstract: — ​ This consultation work on Fan in, Fan out and Totem - pole focuses on the definition and usefulness of each of the mentioned topics in order to further strengthen the issue of logic gates.

solución de problemas de circuitos de telefonía con relés, habiendo publicado un trabajo denominado Symbolic Analysis of Relay and Switching, prácticamente introduciendo en el área tecnológica el campo de la electrónica digital.

On the other hand, we start talking about a type of connection of the logic gates (Fan in and Fan out) that refer to the number of inputs and the number of loads of a representative gate.

Ese ramo de la electrónica emplea en sus sistemas un pequeño grupo de circuitos básicos padronizados conocidos como Puertas Lógicas.[10]

Finally, the Totem - pole is discussed, which also mentions its operation and usefulness, also uses an example that helps to have a better understanding of it. Resumen: — ​ Este trabajo de consulta sobre Fan in, Fan out y Totem - pole se enfoca en la definición y utilidad de cada uno de los temas mencionados con el fin de reforzar más el tema de compuertas lógicas . Por otra parte, se empieza hablar sobre un tipo de conexión de las compuertas lógicas (Fan in y Fan out) que hacen referencia al número de entradas y el número de cargas de una compuerta representativa . Para finalizar se habla del Totem - pole que al igual se menciona su funcionamiento y utilidad se hace uso también de un ejemplo que ayuda a tener mejor compresión sobre el mismo. I. INTRODUCCIÓN En 1854, el matemático británico George Boole (1815 1864), a través de la obra intitulada An Investigation of the Laws of Thought, presentó un sistema matemático de análisis lógico conocido como álgebra de Boole. En el inicio de la era de la electrónica, todos los problemas eran resueltos por sistemas analógicos, es decir, sistemas lineales. Sólo en 1938, el ingeniero americano Claude Elwood Shannon utilizó las teorías del álgebra de Boole para la

II. MARCO TEÓRICO Las compuertas lógicas están conectadas para formar circuitos más complejos, ninguna entrada de compuerta lógica puede ser alimentada por más de una salida, es común que una salida se conecte a varias entradas. Existe una tecnología utilizada para implementar compuertas lógicas que generalmente permite que un cierto número de entradas de compuerta se conecte directamente entre sí sin circuitos de interfaz adicionales[1]. Para la correcta implementación de las entradas de la compuerta lógica es necesario tener en cuenta algunos conceptos básicos, independientemente de la tecnología empleada. Dichos conceptos serán mencionados a continuación.empezaremos a nombrar que Fan in y Fan out se definen como la unidad de carga para la familia TTL. Fan in ó abanico de entrada, es un término utilizado en la ingeniería de software para referirse al número de entradas que se le pueden conectar sin que degrade la operación de una compuerta, otros autores la definen mejor como el número de entradas de una compuerta, no existe un limitante en cuanto al Fan in de una compuerta, solo se tienen compuertas con determinado número de entradas. Por otro lado, fan out ó abanico de salida hace referencia al número de cargas estándar de la salida de una compuerta representativa, es capaz de alimentar sin mermar su funcionamiento normal. la carga estándar se define como la cantidad de corriente que requiere en una de sus entradas.

El fan out se especifica en términos de cargas unidad, carga de unidad para las compuertas es igual a una entrada de un circuito la cual se puede calcular de la siguiente manera:

C argas unidad =

I ol I iL

donde I oL representa la corriente para una salida a nivel bajo y I iL la corriente de entrada a nivel bajo. [2] -

Efectos de Fan in y Fan out

Cada entrada adicional requiere de dos transistores, esto incrementa el área del chip y la capacidad efectiva por compuerta por lo que el retardo de propagacion se incrementa.al aumentar el Fan in, incrementa el retardo de propagación teniendo un límite de cuatro. Diseñar circuitos con Fan out significa prepararlos para cargar grandes capacitancias y por lo tanto también se incrementa en retardo de propagación. [3] El fan in y fan out se tienen cuando dos compuertas están interconectadas de tal forma que la salida de uno se conecte a la salida del otro, la tecnología TTL le promueve corriente a las entradas de la compuerta, esta corriente se entrega de manera limitada por lo que el número de compuertas que se pueden conectar a la salida de una compuerta es limitado. El número de entradas que presenta una compuerta se conoce como Fan in. Aunque no tiene un limitante de una compuerta, solo se obtienen modelos con un número determinado de entradas. Es necesario tener en cuenta que si se requiere utilizar una compuerta con un fan in que no se encuentre comercialmente es necesario utilizar varias compuertas comerciales para construirlo. [4] Los fabricantes suelen especificar factores de carga para las entradas y factores de excitación para las salidas, refiriendo las magnitudes de las corrientes en estado alto y bajo con respecto de las unidades de cargas definidas, Por otro lado, la unidad de carga (U.L.) para TTL es estado alto: 40 A, y la unidad de carga para TTL en estado bajo es de 1,6 mA. [5]

Figura N°1, Demostración de la conexión fan in y fan out.[5]

en Fan out cuando la salida de una compuerta lógica se conecta a una o más entradas de otras puertas se genera en una carga en la puerta excitadora. Existe un límite para el número de entradas que una cierta puerta puede excitar. este límite se denomina fan out. Al conectar más puertas de carga a una puerta excitadora, la corriente de fuente aumenta y con ello la caída de tensión interna de la puerta excitadora haciendo que la tensión de salida VOH disminuya. Si se conecta un número excesivo de puertas de carga, la tensión VOH ver figura N°2, puede caer por debajo de su valor mínimo VOH mín, lo que supone un fallo en el funcionamiento del circuito. Además al aumentar la corriente de fuente, aumenta la disipación de potencia de la puerta excitadora.

Figura N°2, Carga en estado alto.[7]

La salida de Totem pole también conocida como push-pull, es un tipo de circuito electrónico que generalmente se realiza con un par complementario de transistores. Se determinan los niveles alto y bajo de la salida. la salida de nivel alto es de 10 V máximo y el nivel bajo es de 0,5 Mínimo.[6]

Figura N°3, Carga en estado bajo.[7] La corriente total de sumidero (absorbida) también aumenta con cada entrada que se añade, como muestra la Figura N°3. Al aumentar esta corriente, la caída de tensión interna de la puerta excitadora aumenta haciendo que VOL aumente. Si se añade un número demasiado grande de puertas, VOL se hará mayor que VOL máx produciéndose un dato erróneo en la salida. El Fan out puede ser expresado de dos formas distintas: a). Respecto a la misma familia lógica: se obtienen dos valores de fan out uno a nivel alto y otro a nivel bajo, que nos indica el máximo número de puertas que pueden gobernar otra puerta de la misma familia lógica.

b) Respecto a la unidad de carga (TTL estándar): Se obtienen dos valores de fan out (uno nivel alto y otro nivel bajo) referidos a la unidad de carga utilizada por el fabricante, que indica el máximo número de puerta TTL estándar que pueden gobernar una puerta de una familia concreta.

Figura N°4, Demostración gráfica del nivel de salida del Totem - pole.[6] Una salida de Totem - pole es una disposición push - pull en la que los componentes activos son transistores complementarios, la cual reciben la misma señal en fase. el colector de unos y el transmisor del otro está conectados entre sí a la salida. realizado en transistores bipolares, este ensamblaje se analiza en dos emisores seguidores, uno para las partes positivas de la señal y bloqueado durante las partes negativas, el otro opera en la dirección opuesta. la etapa de salida no tiene ganancia de voltaje, sino una ganancia de potencia en una carga debido a su baja impedancia. si se trata de transistores, el colector de uno está conectado a la fuente de alimentación, mientras que el transmisor está conectado a la salida y el colector del otro, cuyo transmisor está conectado a tierra.[8] En este tipo de salida hay que tener en cuenta que no se puede unir las salidas de circuito Totem - pole porque se produce una corriente excesiva y dar lugar a daños en el dispositivo. [7]

1,6 mA representa la unidad de carga a nivel bajo y 40 A la unidad de carga nivel alto.[7] La configuración de salida en compuertas TTL es independiente de la función lógica implementada, la parte de la salida puede tener diferentes configuraciones de acuerdo a la aplicación en la que se quiera integrar, en este caso hablaremos específicamente de la configuración de salida Totem - Pole.

Figura N°5, Uso correcto de circuitos con salida Totem pole.[7]

Para una mejor comprensión del manejo del Totem - pole se implementa un ejemplo demostrativo de la siguiente manera; Mediante el transistor T2 se consigue que cuando un transistor conduce (T4) el otro (T3) esté abierto. De esta manera se consigue obtener un “1” de salida pero con la ventaja de que aunque pasa corriente por T4 como su caída de tensión es en teoría 0V su disipación de potencia es 0 mW y la potencia disipada por R4 es baja ya que en la otra posición T2 consigue que cuando T3 conduzca, T4 está abierto, provocando que la intensidad (corriente) por T4 = 0 mA y por lo tanto la potencia disipada sea 0 mW. Como T3 conduce su VCE=0 y por lo tanto la potencia disipada Como se puede apreciar en los dos casos la potencia disipada es muy baja, permitiendo ello altos niveles de integración.[9]

Así mismo, se logra familiarizar la configuración de salida Totem - pole que sirve para determinar los valores altos y bajos de una salida de una señal, es importante mencionar que toca tener presente su correcta conexión para así evitar daños en el mismo. ​VI. REFERENCIAS​ [1] Fan out . Wikipedia. [Online]. Disponible el: https://en.wikipedia.org/wiki/Fan-out [ Consultado el 18 de Octubre del 2019]. [2]Fan in, Fan out, Familias lógicas y Bit de paridad en el uso de la electrónica digital. Studocu. [Online]. Disponible en: https://www.studocu.com/en/document/instituto-tecnologico-d e-leon/electronica-digital/essays/fan-in-fan-out-familias-logica s-y-bit-de-paridad-en-el-uso-de-la-electronica-digital/3052103 /view [ Consultado el 18 de Octubre del 2019]. [3] Introducción a la electrónica. Circuitos digitales. [ Online]. Disponible en: http://lcr.uns.edu.ar/electronica/Introducc_electr/2009/Introdu cci%C3%B3n%20a%20la%20Electr%C3%B3nica_clases%20 13-14__.pdf [Consultado el 18 de octubre del 2019]. [4] Compuertas lógicas. Academia. [Online]. Disponible en: https://www.academia.edu/14325062/COMPUERTAS_LOGI CAS [Conultado el 19 de octubre del 2019].

Figura N°6, Uso correcto de circuitos con salida Totem - pole. [9]

VII. CONCLUSIONES Con relación a lo investigado se tiene en cuenta la forma de alimentación de una compuerta lógica donde sus entradas no pueden ser conectadas por más de una salida es por eso que existen varias forma de conexión, que en este caso el informe se enfocó en las fan in y fan out donde son el centro de carga de las familias TTL y por último en la salida de Totem - pole. Por otro lado, se comprendió que el fan out sirve para tener varias configuraciones de salida y que ayudan a tener múltiples conexiones sin que se merme su funcionamiento, el diseño de un circuito con fan out sirve para manejar grandes capacitancias. en general, el fan in es más representado para determinar el número de entradas que tiene una compuerta. Con ayuda de la investigación realizada se tiene claro el tipo de conexión que tiene cada una de ellas y su funcionamiento.

[5]Notas sobre familias lógicas. PDF [ Online]. Disponible en: .http://materias.fi.uba.ar/6609/docs/Apunte_Familias1_1.pdf [Consultado el 19 de Octubre del 2019]. [6] What is Totem-pole output? [Online]. Disponible en: https://www.onosokki.co.jp/English/hp_e/c_support/faq/rp/rp _1.htm [Consultado el 19 de octubre del 2019]. [7] Introducción a las familias lógicas.[Online]. Disponible en:https://www.infor.uva.es/~jalvarez/asignaturas/fundamento s/apuntes/analogica/Tema_4 Familias Logicas.pdf [ Consultado el 19 de Octubre del 2019. [8] Push-pull (électronique). Wikipedia. [Online]. Disponible en: https://fr.wikipedia.org/wiki/Push-pull_(%C3%A9lectronique) [Consultado el 19 de Octubre del 2019]. [9] Familias lógicas TTL. UNED. ES.[Online]. Disponible en: https://www2.uned.es/ca-bergara/ppropias/Morillo/web_et_di g/03_fam_log_ttl/transp_fam_logi_ttl.pdf [Consultado el 19 de octubre del 2019] [10] Historia - Circuitos lógicos. [Online]. Disponible en: https://circuitoslogicosciberernvelmen.weebly.com/historia.ht ml [Consultado el 19 de octubre del 2019].