Familias-Logicas.pdf

Brayan Agüero Aguilar Ing electrónica UTN

INDICE

Escalas De Integración de los circuitos lógicos SSI, MSI, LSI, VLSI, ULSI Y GLSI ...................... 2

Familias Lógicas De Circuitos Integrados ................................................................................ 4

Características Generales ................................................................................................... 5

Niveles Lógicos ............................................................................................................... 5

Velocidad De Operación ................................................................................................ 5

Fan-Out O Abanico De Salida ........................................................................................ 5

Circuitos Integrados TTL ......................................................................................................... 6

Características .................................................................................................................... 6

Subfamilias .......................................................................................................................... 7

Aplicaciones ...................................................................................................................... 11

Circuitos Integrados CMOS ................................................................................................... 11

Características .................................................................................................................. 12

Subfamilias ........................................................................................................................ 12

Ventajas y desventajas ..................................................................................................... 14

Aplicaciones ...................................................................................................................... 15

Circuitos Integrados ECL ....................................................................................................... 15

Aplicaciones ...................................................................................................................... 16

Familia DTL ............................................................................................................................ 16

Comparación entre las familias TTL y CMOS. ....................................................................... 17

Parámetros eléctricos TTL y CMOS ....................................................................................... 19

Anexo .................................................................................................................................... 20


Escalas De Integración de los circuitos lógicos SSI, MSI, LSI, VLSI,

ULSI Y GLSI

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el

chip se dice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración.

Las escalas que aquí vamos a tratar son las siguientes:

SSI (Short Scale Integration): Es la escala de integración más pequeña de

todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de

12 puertas.

MSI (Médium Scale Integration): Esta escala comprende todos aquellos

integrados cuyo número de puertas oscila entre 12 y 100 puertas. Es

común en sumadores, multiplexores,... Estos integrados son los que se

usaban en los primeros ordenadores aparecidos hacia 1970.

LSI (Large Scale Integration): A esta escala pertenecen todos aquellos

integrados que contienen más de 100 puertas lógicas hasta las mil puertas.

Estos integrados realizan una función completa, como es el caso de las

operaciones esenciales de una calculadora o el almacenamiento de una

gran cantidad de bits. La aparición de los circuitos integrados a gran escala,

dio paso a la construcción del microprocesador.

VLSI (Very Large Scale Integration): de 1000 a 10000 puertas por circuito

integrado, los cuales aparecen para consolidar la industria de los integrados

y para desplazar definitivamente la tecnología de los componentes aislados

y dan inicio a la era de la miniaturización de los equipos apareciendo y

haciendo cada vez más común la manufactura y el uso de los equipos

portátiles.

ULSI (Ultra Large Scale Integration): Tecnología de circuitos integrados que

utiliza entre 100.000 y un millón de transistores por circuito integrado,

equivalentes a 10.000 a 100.000 puertas lógicas. Actualmente se utiliza

para fabricar microprocesadores complejos.

GLSI (Giga Large Scale Integration): Tecnología de circuitos integrados que

utiliza más de un millón de transistores por circuitos integrado y más de

100.000 puertas lógicas.


Nivel de integración Nº de componentes Nº de puertas

Pequeña escala de

integración (SSI)

10 a 100 1 a 12

Mediana escala de

integración (MSI)

100 a 1000 12 a 100

Gran escala de integración

(LSI)

1.000 a 10.000 100 a 1.000

Muy gran escala de

integración (VLSI)

10.000 a 100.000 1.000 a 10.000

Ultra gran escala de

integración (ULSI)

100.000 a 1.000.000 10.000 a 100.000

Giga gran escala de

integración (GLSI)

Más de 1.000.000 Más de 100.000


Familias Lógicas De Circuitos Integrados La selección de la familia lógica más adecuada es un paso clave y decisivo en el diseño de cualquier aplicación con circuitos integrados digitales. Algunos diseños requieren operar a altas velocidades, otros con bajos consumos de potencia y otros más con costos reducidos. Aquí se proporciona toda la información necesaria para ayudar a los usuarios de chips TTL y CMOS a escoger la subfamilia que mejor se adapta a sus necesidades particulares. Una familia lógica es un grupo de dispositivos lógicos integrados (compuertas, flip flops, decodificadores, contadores, registros, etc.) que comparten una tecnología común de fabricación y son eléctricamente compatibles entre sí, es decir, tienen estandarizadas sus características de entrada y de salida. Como resultado de esta estandarización, la interconexión entre dispositivos lógicos de una misma familia es sencilla y directa, es decir no requiere de etapas adicionales de acoplamiento. Actualmente, la mayor parte de los circuitos integrados digitales son de tecnología bipolar o MOS. Los primeros están basados en el uso de transistores bipolares NPN y/o PNP, y los segundos en el uso de MOSFETs o transistores de efecto de campo de compuerta aislada de canal N y/o canal P. Dentro de cada una de estas tecnologías existen varias familias y subfamilias, diferenciadas principalmente por sus características de velocidad, consumo de potencia y densidad de integración. Las familias bipolares más utilizadas son la TTL (Transistor-Transistor Logic: lógica de transistor-transistor), la ECL (Emitter-Coupled Logic: lógica de emisor acoplado) y la I2L (Integrated Injection Logic: lógica de inyección integrada). En el pasado fueron también muy populares las familias DTL (Diode-Transistor Logic: lógica de diodo-transistor), RTL (Resistor-Transistor Logic: lógica de resistencia-transistor) y HLL (High Level Logic: lógica de alto nivel), hoy prácticamente obsoletas. Dentro de las familias MOS, las más conocidas son la PMOS (MOS de canal P), la NMOS (MOS de canal N) y la CMOS (MOS complementaria). También existen variantes estructurales de estos procesos como VMOS, DMOS, HMOS, COS/ MOS, etc. Recientemente, como resultado de la evolución natural de los procesos de fabricación de circuitos integrados, han surgido otras nuevas tecnologías tendientes a incrementar la complejidad de las funciones lógicas que pueden implementarse en un chip y lograr que los circuitos lógicos operen a frecuencias cada vez más altas. Las mas avanzadas hasta el momento de basan en el uso de semiconductores de arseniuro de galio (GaAs) y de dispositivos superconductores. En nuestro caso nos referiremos exclusivamente a las familias TTL, CMOS, ECL e I2L.


Características Generales

Niveles Lógicos Para que un CI TTL opere adecuadamente, el fabricante especifica que una entrada baja varíe de 0 a 0.8V y una alta varíe de 2 a 5V. La región que esta comprendida entre 0.8 y 2V se le denomina región prohibida o de incertidumbre y cualquier entrada en este rango daría resultados impredecibles. Los rangos de salidas esperados varían normalmente entre 0 y 0.4V para una salida baja y de 2.4 a 5V para una salida alta. La diferencia entre los niveles de entrada y salida (2-2.4V y 0.8-0.4V) es proporcionarle al dispositivo inmunidad al ruido que se define como la insensibilidad del circuito digital a señales eléctricas no deseadas. Para los CI CMOS una entrada alta puede variar de 0 a 3V y una alta de 7 a 10V (dependiendo del tipo de CI CMOS). Para las salidas los CI toman valores muy cercanos a los de VCC Y GND (Alrededor de los 0.05V de diferencia). Este amplio margen entre los niveles de entrada y salida ofrece una inmunidad al ruido mucho mayor que la de los CI TTL.

Velocidad De Operación Cuando se presenta un cambio de estado en la entrada de un dispositivo digital, debido a su circuitería interna, este se demora un cierto tiempo antes de dar una respuesta a la salida. A este tiempo se le denomina retardo de propagación. Este retardo puede ser distinto en la transición de alto a bajo (H-L) y de bajo a alto (L-H). La familia TTL se caracteriza por su alta velocidad (bajo retardo de propagación) mientras que la familia CMOS es de baja velocidad, sin embargo la subfamilia de CI CMOS HC de alta velocidad reduce considerablemente los retardos de propagación.

Fan-Out O Abanico De Salida

Al interconectar dos dispositivos TTL (un excitador que proporciona la señal de entrada a una carga) fluye una corriente convencional entre ellos. Cuando hay una salida baja en el excitador, este absorbe la corriente de la carga y cuando hay una salida alta en el excitador, la suministra. En este caso la corriente de absorción es mucho mayor a la corriente de suministro.


Estas corrientes determinan el fan-out que se puede definir como la cantidad de entradas que se pueden conectar a una sola salida, que para los CI’s TTL es de aproximadamente de 10. Los CI’s CMOS poseen corrientes de absorción y de suministro muy similares y su fan-out es mucho mas amplio que la de los CI’s TTL. Aproximadamente 50.

Circuitos Integrados TTL TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor logic, es decir, "lógica transistor a transistor". Es una familia lógica o lo que es lo mismo, una tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares. Introducida originalmente por Texas Instruments en 1964, la familia TTL es de gran aceptación en el diseño de sistemas lógicos debido principalmente a su alta velocidad de operación, su fácil disponibilidad y su bajo costo. La mayor parte de los dispositivos TTL se especifican mediante una referencia de la forma AA74xxyy, donde AA es el código que identifica al fabricante (DM, SN, MM, TC, etc.), xx un código que identifica la subfamilia del dispositivo (LS, S, AS, etc.) y yy un número de dos o tres cifras que identifica la función del mismo. El 74LS00, por ejemplo, contiene 4 compuertas NAND de 2 entradas de tecnología TTL Schottky de bajo consumo de potencia, mientras que el 7490 contiene un contador decimal de 4 bits de tecnología TTL estándar. La serie 74, en general, se destina para aplicaciones industriales y de propósito general. También se dispone de una serie 54, funcionalmente equivalente a la serie 74, destinada a aplicaciones militares. Esta última se caracteriza principalmente por su amplio rango de temperaturas de operación (55°C a +125°C contra 0°C a +70°C).

Características Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4.75v y los 5.25V (como se ve un rango muy estrecho). Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0.2V y 0.8V para el estado L (bajo) y los 2.4V y Vcc para el estado H (alto). Los circuitos integrados TTL, en general, operan con una tensión de alimentación nominal de +5V e interpretan niveles lógicos de voltaje como se indica en la figura 1. Específicamente, cualquier voltaje entre 0V y 0.8V (VIL, MAX) será interpretado por una entrada TTL como un bajo (0), y cualquier voltaje entre 2.0V (VIH, MIN) y 5.0V como un alto (1). Los voltajes de entrada entre 0.8V y 2.0V se consideran inválidos en TTL porque producen estados de salida indeterminados.


Consecuentemente, los dispositivos TTL entregan voltajes de salida entre 0 y 0.4V (VOL, MAX) para el estado bajo (0) y entre 2.4V (VOH, MIN) y 5.0V para el estado alto (1). La diferencia de 0.4V entre VIL, MIN y VOL, MAX, y entre VOH, MIN y VIH, MIN, se denomina margen de ruido. Este margen de voltaje asegura que un pequeño transitorio de ruido (interferencia) en una línea de conexión no cambie el estado de la siguiente etapa.

Subfamilias Actualmente, la familia TTL comprende varias subfamilias que representan la búsqueda de un compromiso entre la necesidad de obtener altas velocidades de operación y la de reducir el consumo de potencia. Las más importantes son la estándar (74), la de baja potencia (74L), la de alta velocidad (74H), la Schottky (74S), la Schottky de bajo consumo (74LS) y las Schottky avanzadas (74AS y 74ALS). A continuación se resumen las características generales de cada una.


Familia TTL estándar. Comprende los dispositivos identificados como 74xx, por ejemplo 7402 o 74157. Se caracteriza por su alta velocidad de operación (típicamente por encima de 20MHz) y su alto consumo de potencia (1 a 25 mW por compuerta). En la figura 2 se muestra la estructura básica de una compuerta TTL estándar. Con ligeras modificaciones, esta configuración se mantiene para las otras familias TTL.

TTL de baja potencia (L). Comprende los dispositivos identificados en forma genérica como 74Lxx, por ejemplo 74L04 o 74L574. Consume 10 veces menos potencia que TTL estándar pero es 4 veces más lenta. Esto se debe a que utiliza resistencias de valores relativamente altos. Por ejemplo, algunas resistencias de 4kohms y 1.6kohms de la configuración estándar son sustituidas por resistencias de 40kohms y 20k, respectivamente. TTL de alta velocidad (H). Comprende los dispositivos identificados como 74Hxx, por ejemplo 74H08 o 74H368. Consume 2.5 veces más potencia que TTL estándar pero es 2 veces más rápida. Esto se debe a que utiliza resistencias de valores relativamente bajos. Por ejemplo, algunas resistencias de 4kohms y 1.6kohms de la configuración estándar son sustituidas por resistencias de 2.8k ohms y 760 ohms, respectivamente. TTL Schottky. Comprende los dispositivos identificados como 74Sxx, por ejemplo 74S30 o 74S244. Consume 1.8 veces más potencia que TTL estándar pero es 4 veces más rápida. Esto se debe a que utiliza diodos Schottky entre la base y el colector de cada transistor, constituyendo lo que se denomina un transistor Schottky, figura 3. Estos últimos trabajan como interruptores no saturados y pueden cambiar rápidamente de un estado a otro. En la figura 4 se muestra la estructura típica de una compuerta TTL-S.


TTL Schottky de baja potencia. Comprende los dispositivos designados como 74LSxx, por ejemplo 74LS51 o 74LS373. Consume 5 veces menos potencia que TTL estándar y es igual de rápida. Esto se debe a que utiliza transistores Schottky no saturados y valores de resistencia relativamente altos comparados con la serie 74S. Es la subfamilia TTL más utilizada. En la figura 5 se muestra la estructura típica de una compuerta TTL-LS.

TTL Schottky avanzada. Comprende los dispositivos designados como 74ASxx, por ejemplo 74AS157 o 74AS240. Proporciona las más altas velocidades que el estado actual de la tecnología bipolar puede ofrecer (más de 600 MHz) y su consumo es intermedio entre TTL estándar y TTL-LS (menos de 7mW por compuerta). TTL Schottky avanzada de baja potencia. Comprende los dispositivos designados en forma genérica como 74ALSxx, por ejemplo, 74ALS86 o 74ALS574. Consume la mitad de potencia


de TTL LS y es dos veces más rápida. Una compuerta 74ALS tiene típicamente una disipación de potencia del orden de 1mW y un tiempo de propagación del orden de 4 ns. Además de sus características de velocidad y potencia, las subfamilias TTL anteriores se diferencian también por sus características de carga, es decir la corriente que demanda una entrada de la fuente de señal y la corriente que puede entregar una salida al circuito de carga. Estas características, denominadas respectivamente abanico de entrada (fan-in) y abanico de salida (fan-out), determinan el número máximo de entradas de una misma subfamilia que pueden ser conectados a una salida de la misma u otra subfamilia. Una entrada TTL estándar, por ejemplo, se comporta como una fuente de corriente de 1.8mA. A este valor se le asigna un fan-in de 1. Una salida TTL estándar, por su parte, se comporta como una fuente de voltaje con una capacidad de corriente máxima de 18mA. Esto implica que puede impulsar hasta 10 entradas TTL del mismo tipo. En otras palabras, tiene un fan out de 10. En la tabla 1 se relacionan las características de carga típicas de otras subfamilias TTL comunes.

Tabla 1. Características de carga de subfamilias TTL comunes

Como sus características de voltaje son las mismas (La familia lógica TTL trabaja normalmente a +5V), analizaremos las velocidades y consumo de potencia de ellas.


Tabla 2.

Observemos que las subfamilias Schottky de baja potencia como la Schottky avanzada de baja potencia reúnen excelentes características de alta velocidad y bajo consumo de potencia. Debido a su configuración interna, las salidas de los dispositivos TTL NO pueden conectarse entre si a menos que estas salidas sean de colector abierto o de tres estados.

Aplicaciones Las aplicaciones más comunes de la tecnología TTL son las siguientes:

Microprocesadores, como el 8X300, de Signetics, la familia 2900 de AMD y otros.

Memorias RAM

Memorias PROM

PAL, Programmable Array Logic, consistente en una PROM que interconecta las entradas y cierto número de puertas lógicas.

Circuitos Integrados CMOS La familia CMOS o MOS complementaria es de gran aceptación en el diseño de sistemas digitales debido principalmente a su bajo consumo de potencia, su alta capacidad de integración, su buena inmunidad al ruido, su fácil disponibilidad y su bajo costo. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS


configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas. En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es considerablemente bajo.

Características En un circuito CMOS, la función lógica a sintetizar se implementa por duplicado mediante dos circuitos: uno basado exclusivamente en transistores pMOS (circuito de pull-up), y otro basado exclusivamente en transistores nMOS (circuito de pull-down). El circuito pMOS es empleado para propagar el valor binario 1 (pull-up), y el circuito nMOS para propagar el valor binario 0 (pull-down). Véase la figura. Representa una puerta lógica NOT o inversor.

Cuando la entrada es 1, el transistor nMOS está en estado de conducción. Al estar su fuente conectada a tierra (0), el valor 0 se propaga al drenaje y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de no conducción. Cuando la entrada es 0, el transistor pMOS está en estado de conducción. Al estar su fuente conectada a la alimentación (1), el valor 1 se propaga al drenaje y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor nMOS, por el contrario, está en estado de no conducción. Otra de las características importantes de los circuitos CMOS es que son regenerativos: una señal degradada que acometa una puerta lógica CMOS se verá restaurada a su valor lógico inicial 0 ó 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido que el circuito pueda tolerar.

Subfamilias Incluye principalmente las siguientes series o subfamilias: CMOS estándar. Llamada también serie 4000B. Comprende los dispositivos identificados como 40xxB, 45xxB y 47xxB, por ejemplo 4011B, 4528B y 4724B. Se caracteriza por su baja disipación de potencia (cerca de 10nW por compuerta) y su moderada velocidad de operación (menos de 10MHz). Opera con tensiones de alimentación (VDD) desde 3V hasta 18V e interpreta niveles de voltaje de entrada como se indica en la figura 6, es decir desde 0 hasta 1/3 de VDD como bajos (Os) y desde 2/3 de VDD hasta VDD como altos (1s). Consecuentemente, produce niveles de salida muy próximos a 0V para el estado bajo (0) y


muy próximos a +VDD para el estado alto (1). En la figura 7 se muestra la estructura típica de una compuerta CMOS.

También se dispone de una serie CMOS estándar 4000A, más económica, formada por dispositivos identificados como 40xxA o 40xx, digamos 4002A o 4013, que opera con tensiones de alimentación desde 3V hasta 15V y tiene la misma definición de niveles de la serie 4000B. Sin embargo, opera a frecuencias más bajas y tiene una menor capacidad de corriente de salida. Además, es más sensible al daño por electricidad estática. CMOS equivalente a TTL. Comprende los dispositivos designados como 74Cxx, por ejemplo 74C14 y 74C164: Los mismos son funcionalmente equivalentes a los de la serie TTL 74L y tienen la misma distribución de pines. Es un 50% más rápida que la serie 4000B, pero consume un 50% más de potencia. Opera con tensiones de alimentación desde 3V hasta 15V, excepto algunos casos particulares, y responde a niveles lógicos CMOS estándares. Muchas funciones 74C no están disponibles en TTL. CMOS de alta velocidad. Comprende los dispositivos designados como 74HCxx, por ejemplo 74HC74 o 74HC259. Los mismos son funcionalmente equivalentes a los de la serie TTL 74LS, tienen la misma distribución de pines y ofrecen velocidades de conmutación comparables. Opera con tensiones de alimentación desde 2V hasta 6V y niveles lógicos CMOS estándares. Es la tecnología que proporciona actualmente el mejor compromiso entre velocidad de operación y consumo de potencia. CMOS de alta velocidad con entradas TTL. Comprende los dispositivos designados como 74HCTxx, por ejemplo 74HCT04 o 74HCT374. Los mismos son funcionalmente equivalentes a los de la serie 74HC, operan con el mismo rango de tensiones de alimentación y tienen la misma distribución de pines, excepto que sus entradas son compatibles con niveles lógicos TTL. Es la mejor alternativa de que se dispone actualmente para convertir sistemas basados en lógica TTL a lógica CMOS.


Otras subfamilias CMOS menos conocidas, caracterizadas principalmente por su alta velocidad, son las series 74HVCxx (CMOS de muy alta velocidad), 74VHCTxx (HVC compatible con TTL), 74ABT (BiCMOS avanzada compatible con TTL), 74ACxx (CMOS avanzada), 74ACT (AC compatible con TTL), 74FCT (CMOS rápida compatible con TTL), etc. También se dispone de dispositivos CMOS y TTL para lógica de 3.3V, como las populares familias 74VCX, 74LCX, 74LVX, 74LVXT, 74LVQ, 74LVCH y 74LVT de Fairchild, Toshiba y otros fabricantes.

Ventajas y desventajas Ventajas:

El bajo consumo de potencia estática, gracias a la alta impedancia de entrada de los transistores de tipo MOSFET y a que, en estado de reposo, un circuito CMOS sólo experimentará corrientes parásitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos estados lógicos existe un camino directo entre la fuente de alimentación y el terminal de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor CMOS básico se encuentra en la región de corte en estado estacionario.

Gracias a su carácter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión.

Los circuitos CMOS son sencillos de diseñar.

La tecnología de fabricación está muy desarrollada, y es posible conseguir densidades de integración muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologías.

Desventajas:

Los dispositivos CMOS son muy susceptibles al daño por descargas electrostáticas entre un par de pines.


Debido al carácter capacitivo de los transistores MOSFET, y al hecho de que estos son empleados por duplicado en parejas nMOS-pMOS, la velocidad de los circuitos CMOS es comparativamente menor que la de otras familias lógicas.

Son vulnerables a latch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la estructura CMOS que entra en conducción cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de alimentación de los circuitos integrados. El latch-up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentación que acarrea la destrucción del dispositivo. Siguiendo las técnicas de diseño adecuadas este riesgo es prácticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusión con suficiente regularidad, para asegurarse de que está sólidamente conectado a masa o alimentación.

Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes parásitas empiezan a ser comparables a las corrientes dinámicas (debidas a la conmutación de los dispositivos).

Aplicaciones

Memorias.

Fabricación de microprocesadores. ASCI's (Application Specific Integrated Circuits)

Circuitos Integrados ECL Introducida por Motorola en 1962 como MECL I, la tecnología ECL (Emitter-Coupled Logic), basada en el uso de transistores bipolares actuando como interruptores no saturados, se caracteriza principalmente por proveer tiempos de propagación muy cortos, típicamente entre 1ns y 8ns, comparables a los de la subfamilia TTL Schottky avanzada. Por esta razón es muy utilizada en aplicaciones de alta frecuencia. Sus principales desventajas son el alto consumo de potencia y su incompatibilidad con TTL. En la figura 8 se muestra la estructura típica de una compuerta ECL.


Los circuitos integrados ECL operan generalmente con una tensión de alimentación nominal de -5.2V y vienen actualmente en cuatro series, denominadas MECL I, II, III y 10000, todas ellas fabricadas casi que exclusivamente por Motorola. En particular, un dispositivo MECL 10000, por ejemplo el MC10102, interpreta como 1s voltajes entre 0 y -1.105V, y como Os voltajes entre -1.475V y 5.2V. Consecuentemente, produce niveles de salida altos (s) entre 0 y -0.98V, y bajos (Os) entre -1.63V y -5.2V.

Aplicaciones

Matrices lógicas.

Memorias (Motorola, Fairchild).

Microprocesadores (Motorola, F100 de Ferranti).

Para mejorar las prestaciones de la tecnología CMOS, la ECL se incorpora en ciertas funciones críticas en circuitos CMOS, aumentando la velocidad, pero manteniendo bajo el consumo total.

Familia DTL Una de las familias más antiguas es la que emplea la lógica “diodo –transistor,” de la cual existen varias generaciones introducidas por diferentes fabricantes, siendo de resaltar que hubo un tiempo en que la familia DTL fue la más popular. En los nuevos diseños, la preponderancia de la TTL fue reemplazando a la familia DTL. Al ser compatible los niveles lógicos y la alimentación de la DTL y la TTL, ambas familias pueden emplearse en el mismo circuito. El circuito lógico básico de esta familia es una puerta NAND, como se muestra en la siguiente figura:


Si las dos entradas A y B están a nivel 1 (con lo que el voltaje de estas señales será +Vcc), los diodos quedan polarizados inversamente y no dejan pasar corriente. Esto permite que conduzca D3 polarizando a Q1 a la saturación, causando un nivel lógico 0 en la salida. Si una de las entradas pasa a un nivel lógico cero (aprox. Al nivel de masa) el diodo correspondiente conduce y desvía la corriente de la base de Q1, con lo que se bloquea el transistor y el voltaje d salida pasa al nivel alto (+Vcc). Las características de la DTL son peores que la TTL: su velocidad de propagación es de 30 ns y su fan out está limitado. También tiene baja inmunidad al ruido.

Comparación entre las familias TTL y CMOS. En comparación con las familias lógicas TTL, las familias lógicas CMOS son más lentas en cuanto a velocidad de operación; requieren de mucho menos potencia; tienen un mejor manejo del ruido; un mayor intervalo de suministro de voltaje; un factor de carga más elevado y requieren de mucho menos espacio (área en el CI) debido a lo compacto de los transistores MOSFET. Además, debido a su alta densidad de integración, los CI CMOS están superando a los CI bipolares en el área de integración a gran escala. (LSI - memorias grandes, CI de calculadora, microprocesadores, así como VLSI). Por otro lado, la velocidad de operación de los CI TTL los hace dominar las categorías SSI o MSI (compuertas, FF y contadores) Las funciones de transferencia más ideales las aportan las familias basadas en las tecnologías CMOS: 4000, HCMOS y ACL. Son ideales porque definen con mucha claridad, entre otros: – El estado alto (5 v) y el estado bajo (0 v) (sin carga). – El umbral de conmutación. – Margen de transición casi nulo. • En el caso de las tecnologías TTL, no son tan ideales como las CMOS, • En el caso de las tecnologías TTL, no son tan ideales como las CMOS, pero su evolución a llevado a una mejora progresiva. • En cuanto a las características de entrada en las familias lógicas


CMOS, al tener la intensidad de entrada casi nula, sólo se observan los niveles críticos para los estados alto y bajo. En cuanto a las TTL, si tienen importancia las corrientes de entrada, siendo muy pequeñas para nivel alto, pero nada despreciables a nivel bajo. Las diferencias más importantes entre ambas familias son: En la fabricación de los circuitos integrados se usan transistores bipolares par el TTL y transistores MOSFET para la tecnología CMOS Los CMOS requieren de mucho menos espacio (área en el CI) debido a lo compacto de los transistores MOSFET. Además debido a su alta densidad de integración, los CMOS están superando a los CI bipolares en el área de integración a gran escala, en LSI - memorias grandes, CI de calculadora, microprocesadores-, así como VLSI. Los circuitos integrados CMOS son de menor consumo de potencia que los TTL. Los CMOS son más lentos en cuanto a velocidad de operación que los TTL. Los CMOS tienen una mayor inmunidad al ruido que los TTL. Los CMOS presentan un mayor intervalo de voltaje y un factor de carga más elevado que los TTL.


Parámetros eléctricos TTL y CMOS


Anexo

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