Familias Logicas TTL CMOS

Familias Loacutegicas

Herbert Cardona

CMOS y TTL

s Periodo II

Parcial 50

Examen Corto 25

Avance de proyecto 25

Familia loacutegica CMOS

Introduccioacuten

Familia CMOS estaacutendar

Fenoacutemeno de las descargas electrostaacuteticas

Reglas baacutesicas para el manejo de CIs CMOS

Contenido 1 Introduccioacuten

2 Familias loacutegicas

3 Caracteriacutesticas reales de las familias loacutegicas

31Tensiones de alimentacioacuten

32 Niveles loacutegicos

32 Inmunidad al ruido y margen de ruido

33 Respuesta temporal y retardos de propagacioacuten

34 Interconexiones fan-out y fan-in

35 Potencia consumida y temperatura de trabajo

36 Tipos de salidas

4 Familia CMOS

5 Familia TTL

6 Compatibilidad CMOS-TTL

Introduccioacuten

Circuito integrado (CI)

Aquel en que todos sus componentes e interconexiones estaacuten fabricados sobre un soporte fiacutesico semiconductor formando un uacutenico bloque de pequentildeo tamantildeo (CHIP)

Ley de Moore

La complejidad de los CI el nordm de transistores se duplica cada 18 meses Formulada por Gordon Moore en 1965 (Electronics Magazine)

Evolucioacuten de los CIs

Introduccioacuten Tipos de encapsulados

2 Familias Loacutegicas

Familia loacutegica Conjunto de bloques estaacutendar fabricados con la misma tecnologiacutea de forma que presentan propiedades electroacutenicas similares y compatibles entre si

Basadas en transistores bipolares TTL (Transistor-Transistor Logic) Baja potencia (L) Raacutepida (F) Shottky TTL (S LS ALS AS) ECL (Emitter Coupled Logic) 10K 100K E-Lite

Basadas en transistores MOS PMOS NMOS CMOS CMOS (Complementary MOS) HC (High-Speed) HTC (HC compatible con TTL) AHC (ldquoadvancedrdquo HC) VHC VHCThellip

Basadas en BJT y MOS (BiCMOS)

Nomenclatura


Paraacutemetros caracteriacutesticos de una familia loacutegica

a) Niveles loacutegicos y tensiones de alimentacioacuten

b) Inmunidad al ruido y margen de ruido

c) Fan-out y fan-in

d) Respuesta temporal retardos de propagacioacuten

e) Potencia consumida

f) Temperatura de trabajo


Tensioacuten de alimentacioacuten

Las familias bipolares suelen estar disentildeadas para una

tensioacuten de alimentacioacuten de +5V

La familia CMOS admite un rango maacutes amplio de tensiones

de alimentacioacuten por eso sus niveles loacutegicos suelen darse

referidos a una VDD geneacuterica


Niveles loacutegicos Es lo que una familia de dispositivos consideraraacute como tensioacuten miacutenima para asumir nivel alto (VHmin) o maacutexima para nivel bajo (VLmax)

Se definen para la entrada y la salida

independientemente Valores loacutegicos a las entradas

interpretados como un lsquo0rsquo loacutegico oacute un lsquo1rsquo loacutegico

1048766 Valores loacutegicos a las salidas tensiones que se

obtiene a la salida seguacuten un valor loacutegico

1048766Los niveles loacutegicos de entrada y salida caracterizan

a una familia y suelen ser comunes para todas las

subfamilias dentro de ella


Niveles loacutegicos TTL


Niveles loacutegicos CMOS


Corrientes de entrada y salida

1048766 Corrientes de entrada (IIL IIH) corriente que

absorbe o cede la puerta cuando la entrada estaacute a un

determinado valor loacutegico



1048766Corrientes de salida (IOL IOH) corriente capaz de

suministrar la puerta garantizando unos ciertos liacutemites

en las tensiones de salida manteniendo unos valores

loacutegicos


Fan-in Maacuteximo nuacutemero de entradas con que se puede cargar una puerta

Fan-out Maacuteximo nuacutemero de puertas loacutegicas que puede excitar la puerta bajo consideracioacuten

Respuesta temporal tiempos de subida y bajada y retardos depropagacioacuten El paso de nivel bajo a alto (o viceversa) a la salida de una

puerta nunca es instantaacuteneoLa salida de una puerta no responde de forma instantaacutenea a la

entrada Retardo de propagacioacuten tiempo que tarda en cambiar la salida

de una puerta desde que cambian sus entradas (normalmente se mide entre el 50 del valor de las sentildeales de entrada y salida)

1048766 Retardo de conmutacioacuten tiempo que tarda una sentildeal en pasar desde el 10 al 90 de su valor final bajo unas ciertas condiciones de carga (tr tf)



Consumo depende de dos aspectos Consumo estaacutetico Mide el consumo del circuito cuando no hay

cambio en sus sentildeales Consumo dinaacutemico Debido fundamentalmente a la carga y

descarga de las capacidades del circuito y depende de la frecuencia

Efecto de la temperaturaLos efectos de temperatura son importantes en semiconductores en

particular donde exista una unioacuten pnA veces los fabricantes especifican tres rangos de calidad Militar -55ordmC a 125ordmC Industrial -40ordmC a 85ordmC Comercial 0ordmC a 70ordmC

EntradasSalidas especiales

a) Entradas con resistencias pull-up o pull-down

b) Entrada tipo Schimitt-Trigger

c) Salidas a drenador abierto (CMOS) o colector abierto (TTL)

d) Salidas triestado

Una entrada adicional de habilitacioacuten (ldquoenablerdquo)

Tres posibles valores de salida H L y Z (alta impedancia)

Objetivo permitir muacuteltiples conexiones a una misma liacutenea (buses

etc)

4 Familia CMOS

Un transistor del tipo que sea puede adoptar DOS funciones generales

Fuente de corriente controlada por corriente o tensioacuten (amplificacioacuten

Electroacutenica Analoacutegica) El transistor trabaja en zona activa 1048766Interruptor controlado por tensioacuten idoacuteneo para Electroacutenica

Digital El transistor trabaja en zona de corte (circuito abierto) o zona oacutehmica (FETs) o saturacioacuten (BJTs) (cortocicuito)

4 Familia CMOS

Tipos de transistores MOS

4 Familia CMOS

Inversor en tecnologiacutea CMOS

Respuesta excelente a ambos niveles y buena capacidad de entregar corriente

Siempre uno de los dos transistores estaacute en corte (no hay

consumo de corriente ni potencia en continua)

4 Familia CMOS

NAND en tecnologiacutea CMOS

4 Familia CMOS

NAND de 3 entradas en tecnologiacutea CMOS

4 Familia CMOS

NOR en tecnologiacutea CMOS

Familia CMOS

Paraacutemetros caracteriacutesticos de las familias CMOS

a) Tensioacuten de alimentacioacuten

Tiacutepicamente 3divide15V

Serie 74HC 2divide6V

b) Niveles loacutegicos

VIL = 0 divide13VDD

VIH = 23VDD divide VDD

VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS


c) Corrientes de entrada y salida

Corrientes de entrada II= 10pA (serie 4000) hasta 100nA (74HC)

Corrientes de salida IO= 01mA (serie 4000) hasta 9mA (serie

74HC)

d) Fan-out tiacutepicamente muy alto pero limitado en la praacutectica por la

capacidad de la puerta De 8 a 50

Tecnologiacutea CMOS

Manipulacioacuten de integrados CMOS

TODOS los dispositivos CMOS se suministran embalados en

espuma conductora para evitar la formacioacuten de cargas

electrostaacuteticas Cuando se retiran de la espuma los pines no

deberiacutean tocarse

Los dispositivos CMOS actuales llevan circuitos protectores contra

este efecto pero no los inmuniza por completo

No insertar los dispositivos CMOS (o cualquier otro dispositivo) en

los zoacutecalos de una tarjeta de circuito impreso con la alimentacioacuten

conectada



Todas las entradas no utilizadas deberiacutean conectarse a voltaje o

tierra Si se deja un circuito abierto una entrada puede adquirir una

carga electrostaacutetica y flotar en niveles impredecibles

Todas las herramientas equipos de prueba y bancos de trabajo

metaacutelicos deberiacutean estar conectados a tierra En determinados

entornos la persona que trabaja con dispositivos CMOS deberiacutea

conectar su muntildeeca a masa por medio de un cable y una

resistencia de alto valor Esta resistencia evita sufrir una descarga

si la persona entra en contacto con una fuente de tensioacuten


Terminales de entrada no usados en CMOS y TTL

La entradas CMOS que no se utilizan NUNCA deben dejarse

flotando o sin conectarse a ninguacuten punto La razoacuten es que al ser de

muy alta impedancia cualquier corriente espuria ambiental puede

llevarlas a un nivel de tensioacuten indeseable Esta precaucioacuten es

extensible aunque con menos riesgo a los dispositivos TTL

Familia TTL

Paraacutemetros caracteriacutesticos de las familias TTL


Tiacutepicamente 5V plusmn5


1048766 VIL = 0 divide 08 V

1048766 VIH = 2V divide 5V

1048766 VOL = 0 divide 04 V

1048766 VOH = 2V divide 5V

1048766 Inmunidad 04V

Familia TTL



Corrientes de entrada IIL= 16 mA IIH= 10 μA

Corrientes de salida IOL= 16 mA IOH= 500 μA

d) Fan-out 10

e) Consumos

Estaacutetico ALTO y dependiente del valor loacutegico de la salida

Dinaacutemico Menor dependencia con la frecuencia que en el caso de

CMOS

f) Retardos menos dependientes de la carga que en el caso

CMOS pero en general mayores tpHL = 5ns tp LH = 10 ns

Familia TTL


g) Inmunidad al Ruido Es la capacidad de tolerar ciertas

fluctuaciones de tensioacuten no deseadas en sus entradas sin que

cambie el estado de salida

h) Disipacioacuten de potencia Es la cantidad de corriente o potencia que

consume un circuito digital en operacioacuten

i) Velocidad Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito

digital a cualquier cambio en sus entradas

j) Confiabilidad Mide el periodo uacutetil de servicio de un circuito digital

es decir cuanto tiempo se espera que trabaje sin fallar

FIN

s Periodo II

Parcial 50

Examen Corto 25

Avance de proyecto 25


Introduccioacuten













36 Tipos de salidas

4 Familia CMOS

5 Familia TTL


Introduccioacuten



Ley de Moore









Nomenclatura





c) Fan-out y fan-in



































loacutegicos
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN


Introduccioacuten













36 Tipos de salidas

4 Familia CMOS

5 Familia TTL


Introduccioacuten



Ley de Moore









Nomenclatura





c) Fan-out y fan-in



































loacutegicos
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN










36 Tipos de salidas

4 Familia CMOS

5 Familia TTL


Introduccioacuten



Ley de Moore









Nomenclatura





c) Fan-out y fan-in



































loacutegicos
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

Introduccioacuten



Ley de Moore









Nomenclatura





c) Fan-out y fan-in



































loacutegicos
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

Ley de Moore









Nomenclatura





c) Fan-out y fan-in



































loacutegicos
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN








Nomenclatura





c) Fan-out y fan-in



































loacutegicos
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN





c) Fan-out y fan-in



































loacutegicos
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN
































loacutegicos
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN
























etc)

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

4 Familia CMOS


4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

4 Familia CMOS





4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

4 Familia CMOS


4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

4 Familia CMOS


Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

Familia CMOS






VIL = 0 divide13VDD


VOL = 0 V

VOH = VDD

Inmunidad 13 VDD

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

Familia CMOS





74HC)













conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN











conectada



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN



















Familia TTL





1048766 VIL = 0 divide 08 V


1048766 VOL = 0 divide 04 V



Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

Familia TTL





d) Fan-out 10

e) Consumos



CMOS



Familia TTL











FIN

Familia TTL











FIN

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