Familias lógicas de circuitos integrados

¿Que es una familia lógica?

Una familia lógica es un grupo de dispositivos digitales que comparten una tecnología en común de fabricación y tienen estandarizadas sus características de entrada y salida, es decir son compatibles entre si. [1]

Como consecuencia de la estandarización la interconexión de los dispositivos lógicos de una misma familia es particularmente sencilla y directa, no requiere espatas adicionales para realizar el acoplamiento.

Características generales a las familias lógicas

Todas las familias de tecnologías de fabricación de circuitos se clasifican en dos categorías bipolares y mos

Las características mas importantes de un circuito son:

La velocidad

Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito digital a cualquier cambio en sus entradas. la velocidad es una consideración importante en el diseño de sistemas que estén realizar cálculos numéricos o en circuitos que trabajan con señales de alta frecuencia.

El consumo de potencia

Mide la cantidad de corriente o de potencia que consume un circuito digital en operación. el consumo de potencia es una consideración importante en el diseño de sistemas operativos por baterías.

La inmunidad al ruido

Mide su sensibilidad de un circuito digital al ruido electromagnético ambiental. la inmunidad al ruido es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben trabajar en ambientes ruidosos como automóviles, maquinas, circuitos de control industrial entre otros.

La confiabilidad

Mide el periodo útil de servicio de un circuito digital, es decir, cuanto tiempo se espera que trabaje sin fallar.

Niveles de voltaje y estados lógicos

En todos los circuitos digitales prácticos lógicos 1 y 0 se implementan con niveles de voltaje. estos niveles tiene rangos muy definidos, separados por una zona de valores inválidos como se muestra en la siguiente imagen.

En esta figura, el nivel bajo valido es el rango de voltajes entre v0 y v1, mientras que el nivel alto valido es el rango de voltaje v2 y v3; los valores superiores a v3 ó inferiores a v0 generalmente son dañinos para el circuito y deben evitarse la zona de niveles entre v1 y v2 es critica , los circuitos digitales trabajan de forma errática ya que no saben como interpretar que tipo de señal están manejando.

Familia lógica ttl

La familia ttl es la mas antigua y común, ya que los circuitos SSI y MSI son fabricados usando esta tecnología.

Los circuitos integrados ttl implementan su lógica interna exclusivamente a base de transistores npn y pnp, diodos y resistencias.

La primera serie de dispositivos digitales ttl fur lanzada por texas instriments en 1964. Los chips ttl se usan en toda clase de aplicaciones ya que son muy rápidos, versátiles y económicos.

La familia ttl esta disponible en dos versiones, los 54 usados para aplicaciones militares con un rango de operación de temperatura entre los -55 a 150° grados centígrados y los 74 que son usados para aplicaciones industriales y de propósito general con un rango de temperatura de 0 a 70° centigrados

Familias de los ttl

La familia TTL se dividen en las siguientes categorías

• TTL estandar
• TTL schottky (S)
• TTL de baja potencia (L)
• TTL schottky de baja potencia (SL)
• TTL de alta velocidad (H)
• TTL schottky (AS)
• TTL schottky de vaja potencia y avanzada (ALS)
• TTL lógica de emisor acoplado (ECL)

Familias ttl estándar

Las familia ttl estándar comprenden principalmente los dispositivos que se designan principalmente como 74xx, 8xxx, y 96xx.

Existen una gran cantidad de funciones lógicas las cuales encontramos compuertas, decodificadores flipflops, sumadores, multiplexadores y muchas otras que iremos estudiando en futuros post.

Características de los circuitos integrados

Alta velocidad de operación

Pueden trabajar en frecuencias de 18 a 20Mhz y en algunos casos hasta 80Mhz. La velocidad de la operación se expresa en términos de tiempo o retardo de programación del chip; los tiempo de operación de los chips ttl son generalmente entre 2 a 30 nano-segundos por compuerta

Alta disipación de potencia

Es una desventaja asociada con la velocidad de operación, en general, cuan mas rápido sea un circuito mas tensión consume, la mayoría de los circuitos ttl consumen 1 a 25 mili vatios por compuerta

Tensión alimentación nominal

Los circuitos ttl por lo general trabajan en un rango de tensión entre los 4.75 a 5.25V, si supera el valor de voltaje mayor puede que se queme el CI

Niveles voltaje estado bajo

En general los circuitos integrados interpretan cualquier voltaje entre 0 y 0.8 como bajo o un (0) lógico

Familia lógica cmos

Las familias lógicas cmos (complementary metal oxide semiconductor) es un conjunto con las familias lógicas ttl y los transistores MOSFET complementarios (canal n y canal p) como elementos básicos de comunicación.

Categorías cmos

los circuitos digitales fabricados mediante tecnología cmos se pueden agruparan en las siguientes categorías:

• CMOS estándar
• CMOS de alta velocidad (HC)
• CMOS compatible con TTL (HCT)
• CMOS equivalente a TTL (C)

Alta impedancia de entrada

La puerta de un transistor MOS viene a ser un pequeño condensador, por lo que no existe corriente de polarización. Un transistor, para que pueda funcionar, necesita tensión de polarización.

Baja resistencia de canal

Un MOS saturado se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la superficie del transistor. Es decir, que si se le piden corrientes reducidas, la caída de tensión en el transistor llega a ser muy reducida.

Referencias

[1]cekit Curso de electrónica digital cekit Pg, Consultado diciembre 2018