FAMILIAS LOGICAS

Integrantes:

• Ascencio Quispe Jonh • Asto Cantoral Ingrid• Castro Advincula Karen• Hernández Hernández Yessenia• Jurado Domínguez Rocio

FAMILIAS LOGICAS

Una familia lógica es un grupo de dispositivos digitales que comparten una tecnología común de fabricación y tienen estandarizadas sus características de entrada y salidas, es decir, son compatibles entre sí.

 

Los circuitos integrados son unas piezas o capsula que generalmente es de silicio o de algún material semiconductor que al utilizar sus propiedades es capaz de hacer las funciones realizadas por la unión en un circuito, de varios componentes electrónicos como: resistencias, condensadores, transistores, etc.

 

Características:

Velocidad: Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito digital

a cualquier cambio en sus entradas

Potencia: El consumo de potencia se mide la cantidad de corriente o de

potencia que consume un circuito digital en operación

Confiabilidad: se mide el periodo útil de servicio de un circuito digital

Ruido: la inmunidad al ruido mide la sensibilidad de un circuito digital al

ruido electromagnético ambiental

Tipos

Familias bipolares.- Emplean transistores bipolares (BJT),

resistencias y diodos, es decir, dispositivos de unión. Las

familias bipolares más representativas son las familias TTL y

ECL.

Familias MOSFET.- Emplean transistores MOSFET, es decir,

transistores de efecto campo.

Las familias MOS más representativas son las familias NMOS,

PMOS y CMOS.

Cada una de las familias está formada por subfamilias, y

van a tener una serie de parámetros cuyos valores van a

ser más o menos fijos. Difieren una de otras en las

prestaciones que ofrecen, cada una por separado tiene una

serie de ventajas e inconvenientes respecto a las otras. Hay que

tener en cuenta, que por lo general, la mejora de una

característica va en perjuicio de otra.

La idoneidad de cada familia, depende de la aplicación que

queramos realizar con ella y que es lo que interesa más

(menor consumo, más velocidad de respuesta, etc.)

Familias Lógicas Bipolares:

Tenemos:

Lógica Resistencia-Transistor (RTL).

Diodo-Transistor (DTL).

Transistor-Transistor (TTL).

Emisor Acoplado (ECL).

Alto Umbral de Ruido (HTL).

Inyección Integrada (IIL).

La Familia MOS:

 

Las principales son:

Lógica MOSFET de canal n (nMOS).

Lógica MOSFET de canal p (pMOS).

Lógica de Simetría Complementaria (CMOS).

La familia PMOS está anticuada en la actualidad. En cuanto a la

NMOS es la más utilizada en circuitos LSI y VLSI, empleados

para microprocesadores y memorias. Por su parte la familia

CMOS, (Complementary Metal Oxide Semiconductor o

combinación de NMOS y PMOS), debido a su bajo consumo es

idónea para utilizarla en equipos a baterías, como por ejemplo

las calculadoras de bolsillo. Cada familia lógica tiene un circuito

electrónico básico (puerta NAND, NOR, NOT), mediante o partir

del cual se desarrollan funciones y circuitos digitales más

complejos.

ESCALAS DE INTEGRACIÓN EN CMOS.-

Los circuitos electrónicos se pueden integrar en una pastilla para formar circuitos más complejos, ahorrando espacio y tiempo de diseño. Según el numero de puertas integradas se clasifican:

SSI (Small Scale Integration) Pequeña Escala de Integración (de hasta 12) puertas

MSI (Medium Scale Integration) Media Escala de Integración (de 12 a 100)puertas

LSI (Large Scale Integration) Gran Escala de Integración (N < 1 000)

VLSI (Very Large Scale Integration) Muy Gran Escala de Integración entran los cktos con mas de 1

000)puertas

ULSI (Ultra Large Scale Integration) Escala de Integración elevadísima se trata de cktos de 10 000

puertas)

WSI (Wafer Scale of Integration). Escala de integración a nivel de puerta. Se trata de millones de puertas. Es el nivel más alto de integración y se realiza en las etapas más bajas de la construcción del circuito integrado.

Subfamilias TTL

La familia más extendida es la TTL y se emplea por su fácil utilización, amplia documentación sobre ellos, tensión de alimentación de 5 Voltios, y varias familias compatibles entre sí como:La familia TTL o bipolar se divide en las siguientes categorías o subfamilias básicas.

TTL:estandar

TTL schottky (s)

TTL de baja potencia (L)

TTL schottky de baja potencia (Ls)

TTL de alta velocidad (H)

TTL schottky avanzada (As)

TTL schottky de baja potencia avanzada (ALS)

Diferencias entre las familias CMOS y TTL.

Las diferencias más importantes entre ambas familias son:

A) En la fabricación de los circuitos integrados se usan transistores bipolares para el L y transistores MOSFE para la tecnología CMOS.

B) Los circuitos integrados CMOS es de menor consumo de potencia que los TTL.

C) Los CMOS son más lentos en cuanto a velocidad de operación que los L.

D) Los CMOS tienen una mayor inmunidad al ruido que los TTL.

E) Los CMOS presenta un mayor intervalo de voltaje y un factor de carga más elevado que los L. En resumen podemos decir que: L: diseñada para una alta velocidad. CMOS: diseñada para un bajo consumo. Actualmente dentro de estas dos familias se han creado otras, que intentan conseguir lo mejor de ambas: un bajo consumo y una alta velocidad. 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 es empleada.

Ventajas de CMOS sobre las TTL

La lógica CMOS ha emprendido un crecimiento constante en el área de la MSI, principalmente a expensas de la TTL, con la que compite directamente.

El proceso de fabricación de CMOS es más simple que el L y tiene una mayor densidad de integración, lo que permite que se tengan más circuitos en un área determinada de sustrato y reduce el costo por función.

La gran ventaja de los CMOS es que utilizan solamente una fracción de la potencia que se necesita para la serie L de baja potencia (74L00), adaptándose de una forma ideal a aplicaciones que utilizan la potencia de una batería o con soporte en una batería.

El inconveniente de la familia CMOS es que es más lenta que la familia L, aunque la nueva serie CMOS de alta velocidad "HCMOS" (SERIES HC y HCT), que vio la luz en 1983, puede competir con las series bipolares avanzadas en cuanto a velocidad y disponibilidad de corriente, y con un consumo menor, con las series 74 y 74LS.

Margen de ruido DC

Se define como la diferencia entre los niveles lógicos limite del

circuito de salida y los valores del circuito de entrada, también se

conoce por inmunidad al ruido, indica asta que punto los circuitos

son inmunes a las variaciones en los niveles lógicos debido a las

perturbaciones originales por el ruido

Se puede decir que el margen de ruido, es el máximo voltaje de

ruido adicionado a una señal de entrada de un circuito digital de

modo que no cause un cambio indeseable en la salida del circuito

Algunas terminologías

Vil max: el voltaje máximo que una entrada garantiza reconocer como un estado bajo

VOLmax: el voltaje máximo que una salida , en el estado bajo, garantiza producir

VIH min el voltaje mínimo que en una entrada garantiza reconocer como un estado alto

VOH MIN: el estado mínimo de una salida en estado alto

IiL max: la corriente máxima que una entrada podría requerir en el estado bajo

IOL MAX: la corriente máxima que una salida puede proporcionar en el estado bajo

I IH MAX: la corriente máxima que una entrada podría requerir en el estado alto

I OH MAX: la corriente máxima que una salida puede proporcionar en el estado alto

Inversor NMOS

Hace unos pocos años este circuito era la base de una familia de circuitos integrados de amplia utilización. Sin embargo, actualmente están siendo desplazados por los circuitos basados en el inversor CMOS, que se describirá más adelante en este capítulo. Distinguiremos a las variables y parámetros del MOS de carga con un subíndice 2, y las correspondientes al MOS de acumulación con el subíndice 1. En el MOS de carga la tensión entre puerta y sustrato es nula: vGS2=0. Por este MOS circula corriente en estas condiciones ya que se trata de un MOS de vaciamiento que tiene una tensión umbral VT2 negativa.

.

Por tanto, cuando vo valga VDD el valor de vDS2 será nulo e iD2 también lo será. Cuando vo sea nula, vDS2 valdrá VDD y la corriente iD podrá obtenerse a través de la gráfica 8.16a para este valor de tensión. La curva de carga, así pues, no es más que la curva del transistor M2 reflejada sobre el eje de ordenadas y desplazada una cantidad VDD hacia la derecha. Esta "curva de carga" sustituye a la recta de carga que aparecía en el análisis gráfico cuando la carga era una resistencia RD.

Inversor NMOS:

Un circuito inversor sencillo se compone de un NMOS y una carga

La carga puede ser reemplazada por una resistencia u otro dispositivo NMOS.

Estructura del circuito general de un inversor NMOS.

El transisto

El voltaje de entrada:

• VIn = VGs

El voltaje de salida:

Vout = VDs

Vsb = 0 

El dispositivo de carga

• Terminal de corriente IL;

• Terminal de voltaje VL

INVERSOR NMOS CON MEJORA DE CARGA SATURADA.

 

n MOSFET reemplaza la carga resistiva, mejorando en gran medida la densidad del empaquetamiento.

Los dos MOSFET’s son fabricados con umbrales idénticos y parámetros de proceso de transconductancia, para simplicidad y alto rendimiento del circuito.

La carga tiene un umbral positivo y tiene VGs=VDs; por lo tanto siempre está saturada.

VOH=VDD-VT.

INVERSOR NMOS CON CARGA EN MEJORA.

-Este inversor básico consiste en solo dos transistores NMOS en mejora.

Mucho más practico que el inversor con carga resistiva, porque las resistencias son miles de veces más grandes q un MOSFET.

Inversor con carga mejorada.

Se muestra en la siguiente figura un diagrama de un circuito inversor con carga en mejora. Esto consta de dos modos de mejora (normalmente apagado), transistores, usado como un conductor cuya puerta constituye a entrada del inversor y un segundo transistor cuya puerta está conectada al drenaje (Drain) y actúa como un dispositivo de carga:

El inversor de carga en mejora es el elemento lógico básico de la primera tecnología de solo transistores.

La importancia histórica de esta tecnología es que solo un tipo de transistores fue usado lo que condujo a un simple proceso, mientras que es muy eficiente del espacio, ya que no se necesitan resistencias.

Esta tecnología fue rápidamente reemplazada con circuitos de carga de agotamiento seguido de circuitos Complementarios MOS.

La tecnología de proceso sencillo y el hecho de que todas las cuestiones de circuitos MOS son muy similares a la de una tecnología completa de circuitos CMOS hacen que el modo de tecnología de circuitos en mejora sea un tema útil de estudio.