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Familias de Circuitos Lógicos

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									Circuitos Integrados
Teoría para la práctica 1
Introducción
   Definición:
       Un circuito integrado (CI) es un cristal semiconductor de
        silicio, llamado pastilla, que contiene componentes
        eléctricos tales como transistores, diodos, resistencias y
        capacitores, los diversos componentes están
        interconectados dentro de la pastilla para forma un
        circuito electrónico.
       La pastilla está montada en un empaque plástico
        (cerámico) con sus conexiones soldadas a las patillas
        externas para conformar el circuito integrado
Vista interna de un circuito integrado
Circuitos Integrados
   Vienen en dos clases de pastillas




      Pastilla de hilera doble (DIP)   Pastilla Plana
Características de los CI’s
   Tienen tamaños normalizados
   Número de patillas (pins) varía entre 8 y 64
   Cada uno tiene una designación numérica
    impresa en su superficie
   Cada fabricante publica un libro de
    características (databook)
Clasificación
   Los circuitos integrados se clasifican en dos
    categorías generales:
       Lineales
           Operan con señales continuas para producir funciones
            electrónicas (eje. Amplificadores, moduladores)
       Digitales
           Operan con señales binarias y se hacen compuertas
            digitales interconectadas
Tabla de integración de los CI’s
 Nivel de Integración         Número de Compuertas    Función


 SSI                          Unas pocas compuertas   Ninguna función, solo
 Integración en Pequeña                               compuertas
 Escala
 MSI                          10 a 100 Compuertas     Cumplir con una función
 Integración de Mediana                               lógica completa
 Escala
 LSI                          Más de 100 compuertas   Funciones lógicas con más
 Integración de Gran escala                           de 100 compuertas

 VLSI                         Miles
 Integración a Muy Gran
 Escala
Familias de Circuitos
Integrados Lógicos
Teoría para la práctica 1
Introducción
   Existen varias familias de circuitos integrados
    lógicos que se distinguen por el tipo de
    dispositivo semiconductor y por la manera
    como estos dispositivos son interconectados
    para la conformación de la compuertas. El
    circuito básico en cada familia es una
    compuerta NAND ó una NOR.
Familias
   Hay muchas familias lógicas de circuitos integrados digitales que
    han sido introducidos comercialmente, las más populares son:
     TTL: Lógicas de transistores (Transistor-transistor logic)
     ECL: Lógica de acoplamiento de emisor (emitter-coupled
        logic)
     MOS: Semiconductor de óxido de metal (Metal-oxide
        semiconductor)
     CMOS: Semiconductor de oxido de metal complementario
        (Complementary metal-oxide semiconductor)
     I2L: Lógica de inyección integrada (Integrated-injection logic)

      •   Realizar una investigación sobre familia de circuitos integrados TTL,
          ECL, MOS, CMOS, investigar características, aspectos técnicos,
          aplicaciones y usos. (entrega 7 de febrero)
Tabla de familias
                                 Tecnología                       Serie
                                                                  TTL estándar
                                                                  TTL de baja potencia
  Familia de circuitos lógicos                TTL                 TTL shoottky
  integrados con transistores
                                                                  TTL shoottky de baja potencia
  bipolares
                                                                  TTL shoottky avanzada
                                              ECL
                                                                  CMOS estándar
                                              CMOS                CMOS HC
  Familia de circuitos lógicos
  integrados con transistores                                     CMOS HCT
  MOSFET                                      NMOS

                                              PMOS
  BiCMOS Combina transistores bipolares con transistores MOSFET
Comentarios
   La familia TTL tiene una lista extensa de funciones
    digitales y es comúnmente la familia lógica más
    popular.
   La ECL se usa en sistemas que requieren
    operaciones de alta velocidad.
   Los MOS e I2L se usan en circuitos que requieren
    alta densidad de componentes y
   La CMOS se usa para sistemas que requieren bajo
    consumo de energía.
Características especiales
   Las características de las familias de CI’s
    lógicos se comparan analizando el circuitos de
    la compuerta básica de cada familia, los
    parámetros más importantes que son
    evaluados y comparados son: fan-out,
    disipación de poder, demora de propagación y
    margen de ruido, se explicaran estos
    parámetros y algunos se medirán en la
    práctica 1.
Fan-out
   Especifica el número de cargos normales que puede
    accionar la salida de la compuerta sin menoscabar su
    operación normal. La salida de la compuerta
    suministra una cantidad limitada de corriente por
    encima de la cual no opera correctamente y en este
    caso se dice que está sobrecargada.
   Es el número máximo de entradas que pueden
    conectarse a la salida de la compuerta y se expresa
    con un número.
Disipación de potencia
   Es la potencia suministrada necesaria para operar la
    compuerta. Este parámetro se expresa en milivatios
    (mW) y representa la potencia real designada por la
    compuerta.
   Un CI con cuatro compuertas exigirá de la fuente
    cuatro veces la potencia disipada por cada
    compuerta. En un sistema dado puede haber muchos
    circuitos integrados y sus potencias deben tenerse en
    cuenta. El poder total disipado en un sistemas es la
    suma total del poder disipado de todos los CI’s.
Retardo de Propagación
   Es el tiempo promedio de demora en la transición de
    propagación de una señal de la entrada a la salida,
    cuando las señales binarias cambian de valor. Se
    expresa en nanosegundos (ηs).
   Las señales que viajan de las entradas de un circuito
    digital a las salidas pasan por una serie de
    compuertas. La suma de las demoras de propagación
    a través de las compuertas es la demora total de la
    propagación del circuito.
Margen de ruido
   Es el máximo voltaje de ruido agregado a la señal de
    entrada de un circuito digital que no cause un cambio
    indeseable, a la salida del circuito. Se expresa en voltios
    (V).
   Hay dos tipos de ruido que deben de considerarse:
     Ruido DC, causado por la desviación en los niveles
       de voltaje de la señal.
     Ruido AC, es el pulso aleatorio que puede ser creado
       por otras señales conmutadas.
   De esta forma el ruido es el termino usado para denotar
    una señal indeseable sobrepuesta a una señal de
    operación normal
Familia TTL
Historia
   Aunque la tecnología TTL tiene su origen en los
    estudios de Sylvania, fue Signetics la compañía que
    la popularizó por su mayor velocidad e inmunidad al
    ruido que su predecesora DTL, ofrecida por
    Fairchild Semiconductor y Texas Instruments,
    principalmente. Texas Instruments inmediatamente
    pasó a fabricar TTL, con su familia 74xx, que se
    convertiría en un estándar de la industria.
Introducción
   En 1964, Texas Instruments, introdujo la lógica
    transistor-transistor (TTL), una familia de
    dispositivos ampliamente usada, por su rapidez,
    costo y facilidad de uso.
   El circuito básico de la familia TTL es la compuerta
    NAND
   La familia TTL se identifica por su numeración en
    dos series, la serie 74 y la 54, siendo la primera de
    uso comercial y la segunda de uso militar.
Versiones de la familia TTL
   Debido al balance entre velocidad y potencia, la familia TTL existe en
    cinco series distintas, la serie más popular es la LS por el balance entre
    rapidez y consumo.

     Serie       Tipo de transistor      Retardo de      Disipación de   Producto velocidad-
                                      propagación (ns)   potencia (mW)       potencia, pJ
     54LS/74LS   Schottky, baja             9.5               2                  19
                 potencia
     54L/74L     Común, baja                33                1                  33
                 potencia
     54S/74S     Schottky, potencia          3                19                 57
                 normal
     54/74       Común, potencia            10                10                100
                 normal
     54H/74H     Común, alta                 6                22                132
                 potencia
Compuerta NAND en tecnología TTL estándar (N)
Características de la familia TTL (1)
   Fan-out:
       En el caso de TTL que una compuerta podrá accionar en
        su salida otras compuertas de la misma serie, la capacidad
        de salida será de 10 para la serie común y de alta potencia,
        y de 20 para la serie de baja potencia.
       Cuando hay conexión entre TTL y otras familias lógicas,
        será necesario ir a la literatura del fabricante para
        determinar la necesidad de la corriente de entrada y la
        disponibilidad de la corriente de salida y asegurarse de
        que no hay sobrecarga para la salida de la compuerta.
Características de la familia TTL (2)
   Niveles de voltaje
       Los siguientes son las definiciones de niveles de voltaje
        que define el fabricante como mínimos y máximos para
        los niveles altos y bajos de una compuerta
           VOH: Voltaje de salida mínimo que una compuerta entrega
            cuando su salida está en el nivel alto.
           VOL: Voltaje de salida máximo que una compuerta entrega
            cuando su salida está en el nivel bajo.
           VIH: Voltaje mínimo que puede ser aplicado en la entrada de una
            compuerta y ser reconocida como nivel alto.
           VIL: Voltaje máximo que puede ser aplicado en la entrada de una
            compuerta y ser reconocida como nivel bajo.
Niveles de voltaje en TTL
             V salida                    V entrada




                    Salida
                                    Entrada
                     alta
                                     alta

     VOH = 2.4
     V                         Δ1
                                              VIH = 2.0 V


                                              VIL = 0.8 V
     VOL = 0.4 V               Δ0
                                    Entrada
                   Ent. baja         baja
       ≤ 0.2 V
Características de la familia TTL (3)
   Margen de ruido
       Δ0 y Δ1, son los márgenes de ruido para el nivel
        bajo y alto respectivamente, este margen se
        establece para prevenir respuestas falsas que
        podrían ser causada por el ruido introducido en el
        sistema.
Consideraciones prácticas para trabajar con
circuitos TTL
   Las señales de entrada nunca deben de ser mayores a la
    tensión de alimentación ni inferiores al nivel de tierra.
   Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel alto,
    conectarla a Vcc (tensión de alimentación)
   Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel bajo,
    conectarla a tierra
   Si hay entradas no utilizadas, en compuertas NAND, OR,
    AND, conectarlas a una entrada que si se esté utilizando
   Es mejor que las salidas no utilizadas de las compuertas estén
    a nivel alto pues así consumen menos corriente
Consideraciones prácticas para trabajar con
circuitos TTL
   Evitar los cables largos dentro de los circuitos
   Utilizar por lo menos un capacitor / condensador de
    desacople (0.01 uF a 0.1 uF) por cada 5 o 10
    paquetes de compuertas, uno por cada 2 a 5
    contadores y registros y uno por cada flip flop. Estos
    capacitores de desacople eliminan los picos de
    voltaje de la fuente de alimentación que aparecen
    cuando hay un cambio de estado en una salida TTL /
    LS. (de Alto a bajo y viceversa) Estos capacitores /
    condensadores deben tener terminales lo más cortos
    posible y conectarse entre Vcc y tierra, lo mas cerca
    posible al circuito integrado.
Links de ayuda
   http://www.kpsec.freeuk.com/components/74
    series.htm
   http://www.ti.com

								
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