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Electrónica Digital II
Otras Familias Lógicas.
Elaborado Por:
Luis Alfredo Cruz Chávez.
Prof.:
Carlos Alberto Ortega
Grupo 3T2 - EO
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:
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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:
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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 I2L (Lógica Inyección Integrada).
IIL
También conocida en su forma abreviada como I 2L, 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.
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.
Diode-transistor Lógic (DTL) es un diodo que trabaja con tensiones de Vbase = − 2V y
VCC = 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:
VOH = 4.8V,
VOL = 0.2V,
VIH = 1.5V,
VIL = 1.2V,
PDPuerta = 10mW,
tP = 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.
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Fan Out = 10
Potencia disipada = 55mW
Tiempo de propagación = 150nS
Vcc = 14-15 V
VoH máx. = 15V
VoH min = 8.5V
VoL máx. = 6.5V
VoL min = 0V
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 10000 o ECL 10K
o ECL serie 100000 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:
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Resistencia controlada por tensión.
Circuitos de conmutación de potencia (HEXFET, FREDFET, etc.).
Mezcladores de frecuencia, con MOSFET de doble puerta.
Microprocesadores
Memorias RAM
 IC’s Programables del tipo matricial
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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.