TTL----------------CMOS

FAMILIA LOGICA TTL

TTL

• Sigla en inglés de transistor-transistor logic– LOGICA DE TRANSITOR a

TRANSISTOR• Sus elementos de

entrada y salida son transistores bipolares

TTLRangos de voltaje de alimentación y temperatura

• Voltaje nominal de 5V. • La serie 74 de 4.75 a 5.25 V • La serie 54 de 4.5 hasta 5.5 V. • La serie 74 temperaturas de 0ºC hasta 70º C• La serie 54 temperaturas de -55ºC a 125º C.• La serie 54 tiene un costo mayor dada su mayor

tolerancia.– Esta serie se emplea solo en aplicaciones donde debe

mantenerse la operación confiable sobre un amplio margen de condiciones externas.

TTL Disipación de Potencia

• Una compuerta NAND TTL estándar disipa una potencia promedio de 10 mW.

• ICC(promedio) = 8 mA y una PD(promedio) = 8mA x 5 V = 40 mW.

• Esta es la potencia total requerida por las cuatro compuertas del encapsulado

• De este modo, una compuerta NAND requiere una potencia promedio de 10 mW

TTL Retrasos de propagación

• La compuerta NAND TTL estándar tiene retrasos de propagación característicos de

• tPLH = 11 ns

• tPHL = 7 ns

• Con un promedio es de tpd(prom) = 9 ns.

TTL Factor de carga de salida

• Es una medida del número de entradas que una compuerta puede controlar sin exceder las especificaciones de la misma.

• El flujo de corriente en una de entrada o salida se considera positivo si fluye hacia adentro y se considera negativa si fluye hacia afuera de la terminal.

• Cuando conectamos una salida con una o más entradas, la suma algebraica de las corrientes debe dar cero.

TTL

• Entradas no conectadas(flotantes): cualquier entrada en un circuito TTL que se deja desconectada actúa como un 1 lógico aplicado a esa entrada, debido a que en cualquier caso la unión o diodo base-emisor de la entrada no será polarizado en sentido directo.

TTL Transitorios de Corriente

• Este efecto global se puede resumir como sigue: Siempre que una salida TTL tipo tótem pasa de BAJO a ALTO, se consume una espiga de corriente de la amplitud de la fuente de alimentación VCC.

• En un circuito o sistema digital puede haber muchas salidas TTL cambiando de estado al mismo tiempo, cada una consumiendo una espiga angosta de corriente de la fuente de poder.

TTL• Serie 74L y 74H– Proporciona TTL de baja potencia y alta velocidad– La serie 74L es una versión de baja potencia que consume

aproximadamente 1mW pero a costa de un retraso de propagación mucho mayor.

– La serie 74H versión de alta velocidad que tiene un retraso de propagación reducido, un mayor consumo de potencia.

• Serie 74S TTL Schottky– La serie 74S disminuye el retraso de tiempo por

almacenamiento , se logra conectando entre la base y el colector del transmisor un diodo de barrera Schottky.

– Emplea resistencias de bajo valor

TTL

• TTL Schottky de bajo consumo de potencia, Series 74LS(LS-TTL)– La serie 74LS es una versión de la serie 74S con un menor

consumo de potencia y velocidad. – Utiliza el transistor Schottky– Resistencia mas grandes – Requerimiento de potencia del circuito reducida

• TTL avanzada Schottky , Series 74AS(AS-TTL)– Proporciona una mejora en la velocidad sobre las 74S– Con un requerimiento de consumo de potencia mucho menor. – Incluye bajos requerimientos de corrientes de entrada

TTL

• TTL avanzada Schottky de bajo consume de potencia, Series 74ALS– Esta serie ofrece mejoras tanto en velocidad como en

disipación de potencia– Tiene el menor producto velocidad-potencia de todas las

series TTL – Alto costo ha ocasionado que no remplace la 74LS

• TTL 74F, FAST– Utiliza una nueva técnica de fabricación de circuito

integrado, para reducir las capacitancias inter-dispositivos a fin de lograr demoras reducidas en la propagación.

TTL

74LS 74ALS

Retraso de Propagación 9.5 ns 4 ns

Disipación de Potencia 2 mW 1.2 mW

Producto Velocidad-Potencia

19 pJ 4.8 pJ

74 74S 74LS 74AS 74ALS 74F

PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO Retraso de Propagación (ns) 9 3 9.5 1.7 4 3

Disipación de Potencia (mW) 10 20 2 8 1.2 6Producto Velocidad-Potencia(Pj) 90 60 19 13.6 4.8 18

Máxima Frecuencia de Reloj (MHz) 35 125 45 200 70 100Factor de carga de la salida para la misma

serie 10 20 20 40 20 33

PARAMETROS DE VOLTAJE VOH (min) 2.4 2.7 2.7 2.5 2.5 2.5VOL (max) 0.4 0.5 0.5 0.5 0.4 0.5VIH (min) 2 2 2 2 2 2VIL (max) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

NAND TTL

INVERSOR TTL

NOR TTL

OTRAS COMPUERTAS TTL

FAMILIA LOGICA CMOS

CMOS

• Complementary metal-oxide-semiconductor, "estructuras semiconductor-óxido-metal complementarias”

• 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.

CMOS

• La tecnología CMOS fue desarrollada por Wanlass y Sah, de Fairchild Semiconductor, a principios de los años 60. Sin embargo, su introducción comercial se debe a RCA, con su famosa familia lógica CD4000

CMOSVOLTAJE DE ALIMENTACIÓN

• Las series 4000 y 74C funcionan con valores de VDD, que van de 3 a 15 V

• Las series 74HC y 74RCT funcionan con un menor margen de 2 a 6 V.

• Cuando se emplean dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usual que el voltaje de alimentación sea de 5

• Si los dispositivos CMOS funcionan con un voltaje superior a 5V para trabajar junto con TTL se deben de tomar medidas especiales.

CMOSNIVELES DE VOLTAJE

• Cuando las salidas CMOS manejan sólo entradas CMOS, los niveles de voltaje de la salida pueden estar muy cercanos a 0V para el estado bajo, y a VDD para el estado alto.

• Los requerimientos de voltaje en la entrada para dos estados lógicos se expresa como un porcentaje del voltaje de alimentación

CMOSNIVELES DE VOLTAJE

VOL (MAX) 0V

VOH (MIN) VDD

VIL (MAX) 30% VDD

VIH (MIN) 70% VDD

De esta forma, cuando un CMOS funciona con VDD = 5 V, acepta voltaje de entrada menor que VIL(máx) = 1.5 V como BAJO, y cualquier voltaje de entrada mayor que VIH (mín) = 3.5 V como ALTO.

CMOSINMUNIDAD AL RUIDO

• Ruido : “cualquier perturbación involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida del circuito.”

• Los circuitos lógicos deben tener cierta inmunidad al ruido la cual es definida como “la capacidad para tolerar fluctuaciones en la tensión no deseadas en sus entradas sin que cambie el estado de salida”.

• En la Figura tenemos los valores críticos de las tensiones de entrada y salida de una puerta lógica y los márgenes de ruido a nivel alto y bajo.

CMOSINMUNIDAD AL RUIDO

Los márgenes de ruido son los mismos en ambos estados y dependen de VDD. En VDD = 5 V, los márgenes de ruido son 1.5 V. Observamos una mayor inmunidad al ruido que las TTL

CMOS DISIPACIÓN DE POTENCIA

• Tal y como comentamos, uno de los principales motivos del empleo de la lógica CMOS es su “muy bajo consumo de potencia”. Cuando un circuito lógico CMOS se encuentra en estático u disipación de potencia es extremadamente baja, aumentando conforme aumenta la velocidad de conmutación.

• se produce una disipación de potencia dc típica del CMOS de sólo 2.5 nW por compuerta cuando VDD = 5 V

• aún en VDD = 10 aumentaría sólo 10 nW.• Con estos valores de PD es fácil observar por qué la familia

CMOS se usa ampliamente en aplicaciones donde el consumo de potencia es de interés primordial.

CMOS FACTOR DE CARGA

• El factor de carga de CMOS depende del máximo retardo permisible en la propagación. Comúnmente este factor de carga es de 50 para bajas frecuencias (<1 MHz). Por supuesto para altas frecuencias, el factor de carga disminuye.

CMOS VELOCIDAD DE CONMUTACIÓN

• Los CMOS, al igual que N-MOS y P-MOS, tiene que conducir capacitancias de carga relativamente grandes, su velocidad de conmutación es más rápida debido a su baja resistencia de salida en cada estado.

• Los valores de velocidad de conmutación dependen del voltaje de alimentación que se emplee, por ejemplo en una a compuerta NAND de la serie 4000 el tiempo de propagación es de 50 ns para VDD = 5 V y 25ns para VDD = 10 V.

CMOS ENTRADAS CMOS

• Las entradas CMOS nunca deben dejarse desconectadas, ya que son muy sensibles a la electricidad estática y al ruido

• Tienen que estar conectadas a un nivel fijo de voltaje alto o bajo (0 V o VDD) o bien a otra entrada. Esta regla se aplica aún a las entradas de otras compuertas lógicas que no se utilizan en el mismo encapsulado.

CMOSSUSCEPTIBILIDAD A LA CARGA ESTÁTICAS

• Las familias lógicas MOS son especialmente susceptibles a daños por carga electrostática.

• Esto es consecuencia directa de la alta impedancia de entrada de estos CI.

• Una pequeña carga electrostática que circule por estas altas impedancias puede dar origen a voltajes peligrosos.

• Los CMOS están protegidos mediante la inclusión en sus entradas de diodos zéner de protección.

• Los zéner por lo general cumplen con su finalidad, algunas veces no comienzan a conducir con la rapidez necesaria para evitar que el CI sufra daños

CMOSCaracterísticas de las Series

CMOS

• Series 4000/14000• La serie 4000A es la línea más usada de CI CMOS. Algunas características más

importantes de esta familia lógica son:– La disipación de potencia de estado estático de los circuitos lógicos

CMOS es muy baja.– Los niveles lógicos de voltaje CMOS son 0 V para 0 lógico y VDD para 1

lógico. VDD puede estar entre 3 V a 15 V – Todas las entradas CMOS deben estar conectadas a algún nivel de voltaje.

• Serie 74C– Es compatible terminal por terminal y función por función, con los

dispositivos TTL que tienen el mismo número – Esto hace posible remplazar algunos circuitos TTL por un diseño

equivalente CMOS. Por ejemplo, 74C74 puede remplazar al CI TTL 7474

CMOS

• Serie 74HC (CMOS de alta velocidad)– Esta es una versión mejor de la serie 74C.– La principal mejora radica en un aumento de diez veces en la

velocidad de conmutación. – Otra mejora es una mayor capacidad de corriente en las salidas. – También de alta velocidad, y también es compatible en lo que

respecta a los voltajes con los dispositivos TTL.

• Serie 74HCT– Esta serie también es una serie CMOS de alta velocidad, y está

diseñada para ser compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos TTL, es decir, las entradas pueden provenir de salidas TTL

CMOS

• 74AC/ACT CMOS Avanzado• Esta serie, la más nueva de los CMOS • Funcionalmente equivalente con las diversas series de

TTL pero no es compatible con terminales con el TTL. • La razón es que las ubicaciones de las terminales en

los microcircuitos 74AC o 74ACT se han seleccionado para mejorar la inmunidad al ruido, con lo cual las entradas a dispositivos son menos sensibles a los cambios de señal que las que ocurren en las terminales de otros CI

INVERSOR CMOS

NAND CMOS

NOR CMOS

Diferencias entre las familias CMOS y TTL

a) En la fabricación de los circuitos integrados se usan transistores bipolares par el TTL y transistores MOSFET para la tecnología CMOS

b) 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.

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

PARAMETRO

TTL estándar TTL 74L TTL Schottky de baja potencia (LS)

Fairchild 4000B CMOS (con Vcc=5V)

Fairchild 4000B CMOS (con

Vcc=10V)

Tiempo de propagación de

puerta10ns 33ns 5ns 40ns 20ns

Frecuencia máxima de

funcionamiento35 MHz 3

MHz 45 MHz 8 MHz 16 MHz

Potencia disipada por

puerta10 mW 1 mW 2 mW 10 nW 10 nW

Margen de ruido admisible 1 V 1 V 0.8 V 2 V 4 V

Fan out 10 10 20 50* 50*

GRACIAS POR SU ATENCION