Familias Logicas

Circuitos integrados que contienen compuertas

Los circuitos integrados que contienen compuertas están encapsulados en DIL(dual in line) de 14 pines de forma tal que cuantas más entradas tenga la compuerta menor será la cantidad de compuertas incluidas. Las patas 7 y la 14 se reservan para la alimentación del circuito integrado.

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Todos los circuitos integrados que tienen compuertas están construidos con transistores diodos y resistores

Escalas de integración

  A lo largo del tiempo los fabricantes de componentes electrónicos han logrado aumentar la cantidad de componentes construidos por unidad de superficie en los circuitos integrados. Esto se conoce como un aumento de la escala de integración. Se busco aumentar la escala de integración a fin de lograr una reducción del peso y el volumen, sobre todo para aplicaciones digitales. Además de estas ventajas  se lograron circuitos más confiables, con menor consumo eléctrico, más fáciles de cambiar y con una importante reducción en el costo. Desde el punto de vista de la densidad de integración fue posible colocar cada vez mas transistores por milímetro cuadrado.

Se reconocen las siguientes escalas de integración:

        SSI( small scale integration): con esta escala se producen circuitos integrados que contienen funciones lógicas elementales como compuertas e inversores con aproximadamente 100 componentes .

         MSI( médium scale integration): comprende circuitos de aplicación general más complejos como multiplexores, codificadores, etc. Contienen entre 100 y 1000 componentes.

       LSI(large scale integration ): gracias a esta escala de integración se pudieron lograr circuitos electrónicos muy complejos como memorias y microprocesadores. Contienen entre 1000 y 100000 componentes.

         VLSI (very large scale integration): esta tecnología se desarrollo en los años 80 lográndose circuitos integrados de más de 10 millones de componentes. Actualmente los microprocesadores que trabajan en la arquitectura de los 64 bits y con frecuencia de funcionamiento de 3 GHz como el caso de la serie INTEL Core i7 que posee entre 700 y 800 millones de transistores.

Características generales de las compuertas integradas

Las tecnologías mas comunes de los circuitos integrados digitales son la TTL(transistor transistor logic) y la CMOS(complementary metal oxide semiconductor). EN ambas familias se indican en las hojas de datos los siguientes parámetros:

        Tensión de alimentación y su tolerancia.

        Temperatura máxima de trabajo.

        Fan out(abanico de salida), que indica el número máximo de entradas de compuertas que se puede conectar a una salida de la misma familia.

Niveles de tensión

         VIL: es la máxima tensión de entrada  para un nivel bajo

         VIH: mínima tensión de entrada para un nivel alto.

         VOL,: máxima tensión de salida para un nivel bajo.

         VOH: mínima tensión de salida para un nivel alto.

· Margen de ruido: indica las variaciones máximas que se pueden producir a la entrada sin que la salida varié su estado.



· Tiempo de propagación medio: es el tiempo que transcurre desde que se produce un cambio lógico en la entrada hasta que lo hace la salida.



· Disipación de potencias: normalmente se indica la disipación de potencias por función. Tambien se indican el consumo de corriente de alimentación y de entrada y salida para los valores lógicos.

Cada una de las familias lógicas tienen sus ventajas e inconvenientes, por ese motivo en cada caso se elegirá la mas adecuada al diseño que se vaya a desarrollar.

Las características ideales de una familia lógica integrada son las siguientes:

a) Alta velocidad de propagación.

b) Alto grado de integración.

c) Mínimo consumo.

d) Máxima inmunidad de ruido y a las variaciones de temperatura.

e) Compatibilidad con otras familias lógicas.

f) Bajo costo de producción.



Familia TTL (Transistor Transistor Logic)

La familia lógica TTL surgió como el ultimo desarrollo para crear las funciones lógicas mediante semiconductores, sus antecedentes son las familias




· DL(Lógica de Diodos)

· RTL (Lógica de Transistores y Resistores)

· DTL (Lógica de Diodos y Transistores)

· HTL (lógica de alto umbral)

· ECL (lógica de acoplamiento por emisor)




En esta familia lógica de compuertas, las compuertas están construidas a través de diodos, resistores y transistores bipolares , por lo que esta familia posee las características generales de los últimos.

Con esta tecnología se fabrica, además de compuertas, otros circuitos de mayor complejidad hasta la escala MSI como decodificadores, contadores, multiplexores, etc. La familia TTL comprende varias series que han sido desarrolladas progresivamente para mejorar alguna de las características de la familia estándar.

La familia TTL estándar (conocida como serie 74). Sus características son las siguientes:

· Tensión de alimentación: 5V +/- 10% (4,5V-5,5V).

· Temperatura de trabajo: 0 a 70°C.

Fan out: 10.



· Niveles de tensión:

· VIL= 0,8V.

· VIH=2V.

· VOL=0,4V.

· VOH=2,4V.

· Margen de Ruido: 0,4V (en ambos niveles).

· Tiempo de Propagacion: 10ns.

· Disipación de potencias: 1omw/función.

La serie 54 presenta prácticamente las mismas características y se diferencian fundamentalmente en la temperatura de trabajo comprendida entre -55°C y 125°C.

CCon el fin de mejorar los tiempos de conmutación y/o la disipación de potencias a partir de la serie estándar, se desarrollaron las siguientes series:

· 54/74 L (low power): obtiene menor consumo (1mW) pero el tiempo de propagación es de 33nS.

·

54/74 S (Schottky): esta serie incorpora diodos schottky, lo que mejora el tiempo de propagación a 3nS con una disipación de potencias de 20mW.

· 54/74 LS (Low power Schottky): posee un tiempo de propagación 2nS,y una disipación de potencias por función de 10mW.

· 54/74 ALS (Advance low power schottky): posee un tiempo de propagación 4nS,y una disipación de potencias por función de 1mW.

· 54/74 AS (Advance Schottky): esta serie lleva tiempos de propagación de 1,5nS con una disipación de potencias de 7mW.

Como es lógico en los circuitos integrados formados por muchas compuertas, las potencias disipadas y el tiempo de propagación son mayores ya que se van acumulando los de las funciones lógicas que los conforman.



Familia CMOS