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1 Electrónica Digital II Otras Familias Lógicas. Elaborado Por: Luis Alfredo Cruz Chávez. Prof.: Carlos Alberto Ortega Grupo 3T2 - EO

2 Familias lógicas. Una familia lógica de dispositivos circuitos integrados digitales monolíticos, es un grupo de compuertas lógicas construidas usando uno de varios diseños diferentes, usualmente con niveles lógicos compatibles y características de fuente de poder dentro de una familia. Características a tener en cuenta en una familia lógica Las características funcionales de una familia que es preciso tener en cuenta para su utilización en el diseño, montaje y comprobación de sistemas digitales son las siguientes: Esquema y comportamiento circuital de su puerta básica Tensión de alimentación Tensiones e intensidades Vo, Io, Vi, Ii, para ambos valores booleanos Velocidad de trabajo Consumo Intervalo de temperaturas Conectividad (fan-out, fan-in y flexibilidad de entradas y salidas) Costo. Otra característica de particular importancia, el comportamiento frente al «ruido electromagnético» Tipos de familias lógicas Dentro de las familias lógicas se encuentran: DL (Lógica Diodo) RTL (Lógica Resistencia-Transistor) DTL (Lógica Diodo-Transistor) HTL (Lógica de alto umbral) ECL (Lógica de Acoplamiento de Emisor) TTL (Lógica Transistor-Transistor) MOS (Semiconductor Óxido Metal) o PMOS (MOS tipo-p) o NMOS (MOS tipo-n) o CMOS (MOS Complementario) o BiCMOS (CMOS Bipolar) IIL ó I 2 L (Lógica Inyección Integrada). IIL También conocida en su forma abreviada como I 2 L, es la lógica de Inyección integrada, sus siglas vienen de su nombre en inglés: Integrated Interjection Lógic. Es una clase de circuitos digitales construido con colectores múltiples BJT. Cuando fue introducido, tenía una velocidad comparable con la del TTL, y su potencia tan baja como la del CMOS.

3 Resistor-transistor Lógic RTL es el acrónimo inglés de resistor transistor Lógic o lógica de resistenciatransistor. Fue la primera familia lógica en aparecer antes de la tecnología de integración. Pertenece a la categoría de familias lógicas bipolares, o que implican la existencia de dos tipos de portadores: electrones y huecos. Este tipo de red, presenta el fenómeno denominado acaparamiento de corriente que se produce cuando varios transistores se acoplan directamente y sus características de entrada difieren ligeramente entre sí. En ese caso uno de ellos conducirá antes que los demás colocados en paralelo (acaparará la corriente), impidiendo el correcto funcionamiento del resto. En la Figura 1, se representa, a modo de ejemplo, una compuerta lógica NOR y su correspondiente circuito electrónico en lógica RTL. En ella se puede apreciar como en serie con la base de cada uno de los transistores se ha colocado una resistencia de compensación (Rc) de un valor lo suficientemente elevado para que la repartición de corrientes sea lo más igualada posible y no se produzca el fenómeno antes descrito. Esta disposición de circuito presenta el inconveniente de que con la adición de la resistencia Rc aumenta el retardo de conmutación, al tener que cargarse y descargarse a través de la misma la capacidad de entrada de los transistores aunque, por otra parte, tiene la ventaja de un mayor factor de salida (fan-out). Por ello en el diseño de estos circuitos es necesario un compromiso entre factor de salida y retardo de conmutación. Valores normales son, un factor de salida de 4 ó 5, con un retardo de conmutación de 50 nanosegundos. Por otra parte, tiene una inmunidad al ruido relativamente pobre. El margen de ruido de la tensión lógica 0 a la tensión del umbral es de unos 0.5 voltios, pero de la tensión lógica 1 a la tensión de umbral es de solamente unos 0.2 voltios. Diode-transistor Lógic En cuanto a velocidad y a consumo es mejor que la RTL, esto es posible combinando una compuerta "y" de diodos con un transistor inversor en emisor común; así se configuró la compuerta "y-negada" (Nand) base de la familia DTL (lógica de transistores y diodos) que fue la primera que llegó a alcanzar una difusión apreciable.

4 Diode-transistor Lógic (DTL) es un diodo que trabaja con tensiones de V b ase = 2V y V CC = 4V.Al tener una tensión de base de -2V se necesitaba una fuente adicional y por ello aparece en 1964 la DTL modificada. Características típicas: V O H = 4.8V, V O L = 0.2V, V I H = 1.5V, V I L = 1.2V, P D Puerta = 10mW, t P = 30ns, Fan Out = 8.00, Alimentación = 5V Familia Lógica HTL HTL (High Treshold-Logic, Lógica de alto umbral) es una tecnología desarrollada a partir de la tecnología DTL (Diode-Transistor Lógic, lógica diodo-transistor), pertenece a la familia de circuitos integrados bipolares. Descripción Es una variante de la tecnología DTL llamada "Lógica de alto umbral" que incorpora diodos zener para crear un gran desplazamiento entre los estados de voltaje lógicos 1 y o. Estos dispositivos operan con una fuente de tensión de 15 Voltios y los encontramos en controles industriales en donde la intensión es minimizar los efectos del ruido. Fan Out = 10 Potencia disipada = 55mW Tiempo de propagación = 150nS Vcc = V Vo H máx. = 15V VoH min = 8.5V Vo L máx. = 6.5V VoL min = 0V

5 Se caracteriza por tener una alta inmunidad al ruido Familia Lógica ECL Las familias lógicas que utilizan los transistores con atrapamiento Schottky son las únicas en las que sus transistores no alcanzan la saturación, y por ello, son más rápidas. La familia ECL utiliza el principio de no conseguir la saturación de sus transistores, para ello utiliza la lógica de emisores acoplados (ECL) en vez de los diodos Schottky. Existen dos series: o ECL serie o ECL 10K o ECL serie o ECL 100K (más rápida y estable frente a Tª) Son las más rápidas del mercado, pudiendo alcanzar los GHz; también son las que más consumen. Su tensión de alimentación es negativa, con lo que da problemas de conexión con el resto de familias lógicas. NMOS El NMOS (Negative-channel Metal-Oxide Semiconductor) es un tipo de semiconductor que se carga negativamente de modo que los transistores se enciendan o apaguen con el movimiento de los electrones. El NMOS es más veloz que el PMOS, pero también es más costosa su fabricación. NMOS: se basa únicamente en el empleo de transistores NMOS para obtener una función lógica. Su funcionamiento de la puerta lógica es el siguiente: cuando la entrada se encuentra en el caso de un nivel bajo, el transistor NMOS estará en su zona de corte, por lo tanto, la intensidad que circulará por el circuito será nula y la salida estará la tensión de polarización (un nivel alto); y cuando la entrada se encuentra en el caso de que está en un nivel alto, entonces el transistor estará conduciendo y se comportará como interruptor, y en la salida será un nivel bajo. PMOS Los PMOS (Positive-channel MOS), también un tipo de semiconductor que funcionan moviendo las valencias de electrones. Los PMOS su funcionamiento es el contrario al de los NMOS. La utilización de MOS de canal P es más lenta que los de canal N, por ser la movilidad de los huecos menor que la de los electrones. Familia Lógica más usada Actualmente Actualmente el tipo de tecnología que más se usa en la fabricación de circuitos integrados es la NMOS. Aplicaciones: Resistencia controlada por tensión. Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc.). Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta. Microprocesadores Memorias RAM

6 IC s Programables del tipo matricial PROM, PAL, PLA, PLS Tendencias Futuras En primer lugar, las puertas bipolares que condujeron a la gran familia TTL (cuya amplia difusión consolidó la lógica integrada); luego las tecnologías MOS, hasta llegar a la predominante HCMOS; la mezcla BiCMOS (bipolar-cmos) que resulta muy apropiada para circuitos «interbús» (en medio de los buses); y la derivación actual hacia series de bajo voltaje (pasando de la alimentación habitual de 5 V a sólo 3 V). Esta línea de evolución de las puertas con transistores bipolares constituye la «edad antigua» de los circuitos integrados digitales; actualmente, apenas se utilizan las familias bipolares, salvo en determinadas aplicaciones específicas, en particular, para sistemas de muy alta velocidad. Recientemente, se ha presentado una serie avanzada 74AHC, con tiempos de propagación inferiores a 5 ns y una significativa reducción del «ruido» que las puertas producen en su conmutación. Existe también una serie de alta velocidad 74AC, con tiempos de propagación del orden de 3 ns, pero con problemas de «ruido» en la conmutación debido a la gran verticalidad de sus flancos. Para facilitar la utilización conjunta de circuitos integrados TTL y CMOS se introdujo la serie 74HCT, compatible con los niveles de tensión y de intensidad de la familia TTL, que permite la conexión directa entre ambas familias.

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