IMEC2701_M1_Familias Lógicas de Circuitos Integrados

Familias lógicas de circuitos integrados

Introducción El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se hallan una cantidad formidable de dispositivos microelectrónicos interactuados, principalmente diodos y transistores, así como también componentes pasivos como resistencias o condensadores. Los circuitos integrados se localizan en todos los aparatos electrónicos modernos, tales como relojes, automóviles, televisores, reproductores MP3, teléfonos móviles, computadoras, equipos médicos, etc. su menor costo; su mayor eficiencia energética y su reducido tamaño son las tres ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre los circuitos electrónicos construidos con componentes discretos.

Definiciones de las familias lógicas Una familia lógica es un grupo de dispositivos digitales que comparten una tecnología en común de fabricación y tienen estandarizadas sus características de entrada y salida, es decir son compatibles entre sí. Como consecuencia de la estandarización la interconexión de los dispositivos lógicos de una misma familia es particularmente sencilla y directa, no requiere espatas adicionales para realizar el acoplamiento. Aunque los modernos componentes electrónicos digitales son el resultado de años de desarrollo y evolución, no hay un conjunto ideal de circuitos que satisfaga todos los requerimientos. Por tanto, existen varias familias lógicas, cada una de las cuales ofrece ventajas particulares. La velocidad, consumo de potencia y densidad de componentes son cuestiones que debes tener en cuenta. Algunas familias trabajan a velocidades muy altas, mientras que otras poseen bajo consumo. Parte de la función del diseñador consiste en seleccionar una familia lógica apropiada para una aplicación dada. Familia lógica es el conjunto de circuitos integrados (CI) los cuales pueden ser interconectados entre sí sin ningún tipo de Interfase o aditamento, es decir, una salida de un CI puede conectarse directamente a la entrada de otro CI de una misma familia. Se dice entonces que son compatibles.

Características familias lógicas de circuitos integrados Todas las familias de tecnologías de fabricación de circuitos se clasifican en dos categorías bipolares y MOS. Las características más importantes de un circuito son: La velocidad Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito digital a cualquier cambio en sus entradas. La velocidad es una consideración importante en el diseño de sistemas que estén realizar cálculos numéricos o en circuitos que trabajan con señales de alta frecuencia. El consumo de potencia Mide la cantidad de corriente o de potencia que consume un circuito digital en operación. El consumo de potencia es una consideración importante en el diseño de sistemas operativos por baterías. La inmunidad al ruido Mide su sensibilidad de un circuito digital al ruido electromagnético ambiental. La inmunidad al ruido es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben trabajar en ambientes ruidosos como automóviles, máquinas, circuitos de control industrial entre otros. La confiabilidad Mide el periodo útil de servicio de un circuito digital, es decir, cuanto tiempo se espera que trabaje sin fallar.

Otros Aspectos 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 familias lógicas de circuitos integrados Las familias lógicas pueden clasificarse en dos grandes grupos, las que utilizan transistores bipolares y las que emplean transistores MOS. A continuación, se mencionan algunos ejemplos. Familias bipolares: Familias MOS: RTL, DTL, TTL, ECL, HTL, I2L PMOS, NMOS, CMOS Hay muchas familias lógicas de circuitos integrados digitales que han sido introducidos comercialmente, las más populares son TTL y CMOS: TTL Lógicas de transistores (Transistor-transistor logic) tiene una lista extensa de funciones digitales y es comúnmente la familia lógica más popular. La familia de los circuitos integrados digitales TTL tienen las siguientes características: • La tensión de alimentación es de + 5 Volt, con Vmín = 4.75 Volt y Vmáx = 5.25 Volt. • Por encima del voltaje máximo el circuito integrado se puede dañar y por debajo del voltaje mínimo el circuito integrado no funcionaría adecuadamente. Su realización (fabricación) es con transistores bipolares multiemisores. • La serie de circuitos integrados TTL es la base de la tecnología digital. Siendo la compuerta NAND el circuito base de la serie 74 XX.

Tipos de circuitos TTL según su número de serie y tipo No de Serie- Tipo 7400 compuertas NAND 7403 compuertas NAND open collector 7408 compuertas AND 7432 compuertas OR 7486 compuertas EXOR Series especiales Low Power Schotky (Tipo schotky de bajo consumo) 74 LS XX 74 S XX High Speed (alto velocidad) 74 HC XX High Speed -C-MOS (Tipo C-MOS, alta velocidad) Es importante tomar en cuenta que para su funcionamiento: • Con la señal de entrada en nivel bajo (LOW = 0), la entrada de la compuerta entrega corriente a la fuente de señal de aproximadamente 10 mA. • Con la señal de entrada en nivel alto (HIGH = 1), la entrada de la compuerta pide a la fuente de la señal de entrada una corriente aproximadamente del orden de los uA. • La entrada no conectada actúa como una señal de nivel alto (HIGH).

CMOS Semiconductor de óxido de metal complementario (Complementary metal- oxide semiconductor) se usa para sistemas que requieren bajo consumo de energía. Son los más utilizadas en la fabricación de CI SSI (baja escala de integración) y MSI (media escala de integración). Las características de la tecnología utilizada, en la familia de circuitos integrados CMOS condiciona los parámetros que se describen en sus hojas de características que difieren según el fabricante en que: • Admite una amplia gama de tensión de alimentación que se halla comprendida entre los 3V y los 15V o más, no obstante, se recomienda utilizar un máximo de 12V para evitar un deterioro prematuro. • Debido al amplio rango de alimentación, los niveles lógicos vienen definidos a su vez por el rango de tensión comprendida aproximadamente entre los 0V y 1/3 Vcc para el estado L (bajo) y los 2/3Vcc y Vcc para el estado H (alto). • Dispone de un rango de tensión para su alimentación como se ve más amplio que la familia TTL (la cual se encuentra entre 4,75V y 5,25V), con la ventaja añadida que su consumo es alrededor de 10 veces menor que el obtenido por la familia TTL, incluso así, la cargabilidad, es decir, la capacidad de carga en la salida de una puerta CMOS es de unas 400 frente a las 10 que admite la TTL, el rechazo al ruido es el factor que le hace más utilizada esta familia en la industria. Todas estas ventajas, frente a una menor velocidad de transmisión en cuyo caso la CMOS se ve comprometida, podemos decir que es muy lenta, en casos extremos puede alcanzar los 50Mhz frente a los 250Mhz de la serie TTL estándar.

Referencias Christian T., (1994). Circuitos lógicos programables. Paraninfo. Neil, H. (2008). Principles of CMOS VLSI design. A Systems Perspective.R.L. VLSI. Design techniques for analog and digital circuits, McGraw-Hill, 1990. Eugene D (1999). Introduction to VLSI design, McGraw-Hill. Tocci, R (1993). Sistemas digitales. Principios y Aplicaciones. Prentice Hall. Floyd, T (2003). Fundamentos de Sistemas Digitales. Editorial Prentice Hall. Crepaldo, D. (2009). Familias Lógicas. http://www.fceia.unr.edu.ar/eca1/ files/teorias/Familias_logicas-2009.pdf. Electrónica Unicrom. (s.f.). Familia de circuitos integrados TTL. Unicrom https://unicrom.com/familia-de-circuitos-integrados-ttl/