CIRCUITOS
DIGITALES QUE CONTIENEN COMPUERTAS LOGICAS
Los circuitos digitales que
contienen solamente compuertas lógicas se encuentran encapsuladas por una
estructura de DIL/dual in line de 14 pines reservándose los terminales 7 y 14
para la conexión a la fuente de alimentación (tierra y +Vcc respectivamente).
Ejemplo de un circuito integrado con
4 compuertas NAND de 2 entradas.
Dado que existen compuertas de más
de dos entradas resulta evidente cuánto mayor sea la cantidad de entradas,
menor será la cantidad de compuertas incluidas.
ESCALA DE INTEGRACION
A lo largo del tiempo los
fabricantes de componentes electrónicos han logrado aumentar la cantidad de
componentes construidos por unidad de superficie de los circuitos integrados
esto se conoce como un aumento de la escala de integración.
Las ventajas de aumentar la
escala de integración son muchas, siendo las más importantes: Permitir la
construcción de circuitos cada vez más complejos, disminuir el tamaño de los
circuitos, disminuir el consumo eléctrico, hacer circuitos más confiables, ser
más fáciles de reemplazar y bajar los costos.
Las escalas de integración fueron
aumentando a medida que mejoro la tecnología.
Ø
SSI
(small scale integration)
En esta escala de
integración se producen C.I. que obtienen funciones lógicas elementales como
compuertas e inversores, son aproximadamente 100 componentes.
Ø
MSI (médium
scale integration)
Comprende los
circuitos de integración aplicación # más complejos, multiplexores,
decodificadores…etc., con entre 100 y 1000 componentes.
Ø
LSI
(large scale integration)
Gracias a esta
escala de integración se pueden lograr circuitos electrónicos muy complejos
como microprocesadores y memorias, contienen entre 1000 y 100000 componentes.
Ø
VLSI (very large scale integration)
Se
alcanzo esta tecnología en los años 80 lográndose circuitos integrados con mas
de 10000000 de componentes.
Actualmente los microprocesadores que
trabajan en la arquitectura de 64 bits y con una frecuencia de 3GHZ, como es el
caso de la serie INTEL LORE 77, posee alrededor de 700000000.
CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS COMPUERTAS INTEGRADAS
Las tecnologías mas conocidas en la
fabricasion de compuertas integradas son la TTL y la
CMOS , y ambas familias se indican en las hojas de datos la
siguiente características principales:
v
tensión de alimentación y sus tolerancias.
v
temperatura de trabajo.
v
FAN-OUT(abanico de salida)
v
tensiones de funcionamiento:
VIL=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
Ø
Margen de
ruido
Indica las
variaciones máximas que se pueden producir a la entrada sin que la salida varié
su estado.
Ø
Tiempo de
propagación medio
Es el tiempo que transcurre desde
que se produce un cambio lógico a la entrada hasta que lo hace la salida.
Ø
Disipasion
de potencia
Normalmente se
indica la disipación de potencia por funsion, también se indica los consumos de
corriente de alimentación y de entrada y salida para los valores lógicos.
Cada una de las familias lógicas
tiene su ventajas y sus desventajas, por ese motivo en cada caso se eligiera la
más adecuada al diseño que se vaya a desarrollar. Las características ideales
de una familia lógica integrada son las siguientes:
v
alto grado de integración.
v
alta velocidad de propagación.
v
mínima consumo.
v
máxima inmunidad al ruido y a las variaciones de
temperatura.
v
compatibilidad con otras familias lógicas.
v
bajo costo.
FAMILIAS TTL (transistor transistor logic)
La familia
TTL surgió como el ultimo desarrollo para crear funciones lógicas mediante
semiconductores. Anteriormente se habían desarrollado las familias DL (lógica
de diodos), la RTL
(resistor transistor logic), DTL (Diode transistor logic), la HTL (lógica de alto umbral) y
ECL (lógica de acoplamiento por emisor). En esta familia lógica, las compuertas
están construidas mediante resistores, diodos y transistores bipolares, por lo
que esta familia posee las características generales de estas ultimas. Con esta
tecnología se fabrican además otros circuitos de mayor complejidad den escala
MSI(multiplexores, sumadores, etc.).
La familia
TTL comprende varias series que han sido desarrollada a partir de la seri
estándar para mejorar algunas de las características de las fabricadas
anteriormente.
La primera
serie, es decir la estándar, se conoce como serie 74, cuyas características
principales son las siguientes:
Ø
Tensión de alimentación 5V con una tolerancia de
(+)(-) 10%
Ø
Temperatura de trabajo 0ºC a 70ºC
Ø
FAN OUT _ 10
Ø
Niveles de tensión: VIL 0,8V
VIH 2V
VOL 0,4V
VOH 2,4V
Ø
Valor de ruido en ambos niveles 0,4V
Ø
Tiempo de propagación medio 10nS
Ø
Disipación de potencia 10mW por
función(compuerta).
La serie 54 presenta las mismas
características que la serie 74, pero se desarrollo inicialmente para
aplicaciones militares y aeroespaciales y se diferencia fundamentalmente que su
temperatura de trabajo esta comprendida entre -55ºC a +125ºC .
Con el fin de mejorar se han desarrollado
las siguientes series:
v
74/54 L
(low power) : En esta serie se obtiene menor consumo, 1mW por función, pero
el tiempo de propagación es de 33nS.
v
74/54 S
(schottky) : Incorpora diodos schottky para llevar los tiempos de
propagación a 3nS, con una disipación de potencia de 20mW aproximadamente.
v
74/54 LS (low power schottky) : Combina
las ventajas de las series anteriores, con una potencia disipada por compuerta
de 2mW y un tiempo de propagación de 10nS.
v
74/54 ALS
(advanced low power schottky) : Con una potencia disipada por compuerta de
1,W y un tiempo de propagación de 4nS.
v
74/54 AS
(anvanced schottky) : Esta serie se desarrollo para aplicaciones que
requieren bajo tiempo de propagación llegando a 1,5nS, con una disipación de
partencia de 7mW.
Como es lógico en los circuitos
integrados que contienen dispositivos mas complejos formado por muchas
compuertas, las potencias disipadas y los tiempos de propagación son mayores ya
que se van acumulando sobre la función lógica que la componen.
FAMILIAS CMOS
( Coplementary Metal Oxide Semiconductor)
Su nombre se debe a la utilización
de un componente denominada transistor MOS. Se llama complementaria porque se
utilizan transistores de canal P y canal N en forma complementaria, es decir,
transistores PMOS y NMOS.
Estos integrados se comenzaron a
desarrollar posteriormente a los de la familia TTL y presentan ventajas y
desventajas respecto a ella. La principal ventaja es la menor disipación por
función lo que permite una mayor densidad de integración, y su principal
desventaja es su tiempo de propagación.
La familia CMOS básica es la
denominada serie 4000 y en ella se incluyen microprocesadores,
microcontroladores, contadores, memorias y registros.
Serie ESTANDAR 4000:
Ø
Alimentación eléctrica de 3V a 18V
Ø
FAN OUT superior a 50
Ø
Temperatura de trabajo entre -40ºC a 85ºC
Ø
Niveles de tensión para una tensión de
alimentación de 5V:
VIL = 1,5V
VIH = 3,5V
VOL = 0,05V
VOH = 4,95V
Ø
Inmunidad al ruido: No le afectan
pulsos de hasta un 30% de la tensión de alimentación, los tiempos de
propagación son inversamente proporcionales
la tensión de alimentación siendo de 50nS para 5V y 30nS para 10V.
Ø
La potencia disipada por cada función es del
orden de los 10mW
Las familias
que se desarrollaron posteriormente son las siguientes:
v
54/74 HC
(high Speed CMOS) : Se mejora el tiempo de propagación llegando a valores
de 8nS con tensiones de alimentación comprendidas entre 5 y 6V.
v
54/74 HCT
(high Speedy CMOS compatible con TTL) : Tiene las características de la
serie HC y es eléctricamente compatible con la TTL. Alimentación 5V.
Las series mas modernas de CMOS son:
v
54/74 AC
y 54/74 ACT : en el primer caso la tensión de alimentación esta comprendida
entre 3V y 6V lo que la hace compatible con la HC.
En el segundo caso se alimenta
con 5V por lo que puede sustituir a las serie 54/74 HCT y a toda la familia
TTL.
Potencia por función 1mW y su
tiempo de propagación es de 3nS.
A continuación
se mostrara un cuadro de ambas familias con sus respectivas características:
FAMILIA
|
SERIE
|
POTENCIA
|
T. de PROPAG.
|
TTL
Transistor
Transistor
logic
|
Estándar
|
10mW
|
10nS
|
74/54 L
|
1mW
|
33nS
|
|
74/54 S
|
20mW
|
3nS
|
|
74/54 LS
|
2mW
|
10nS
|
|
74/54 ALS
|
1mW
|
4nS
|
|
74/54 AS
|
7mW
|
1,5nS
|
|
CMOS
Complementary
Metal
Oxide
logic
|
4000
54/74 C
|
Del
orden
de
los nW
|
60nS
|
54/74 HC
54/74 HCT
|
8nS
|
||
54/74 AC
54/74 ACT
|
2nS
|
No hay comentarios:
Publicar un comentario