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Electrónica Digital
Introducción a los C. I.
Digitales
CONTENIDO
z Introducción
z Familias
y subfamilias de CI
z TTL
z ECL
z MOSFET
z Características
z Otros
ESCOM-IPN
y comparación entre las fam.
CI
ELECTRONICA DIGITAL
Dr. Julio C. Sosa
Introducción
z
z
z
z
z
Un circuito integrado (CI) digital es un cristal semiconductor de silicio,
llamado pastilla, que contienen componentes eléctricos tales como
transistores, diodos, resistencias y condensadores.
El transistor surge en 1947, en los laboratorios Bell, sustituyendo a los
tubos de vacío.
Un transistor consiste en una capa muy fina de material tipo P entre dos
secciones de material tipo N o viceversa. El material tipo N es el
elemento emisor del transistor, que constituye la fuente de electrones.
Se considera que en 1958 surge el primer CI, creado por Jack Kilby,
trabajando para Texas Instruments. Los CI emergen como una nueva
técnica electrónica de diseño, sustituyendo el uso de sólo transistores,
en los equipos electrónicos complejos.
El CI se encuentra dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica,
con terminales que permiten conectarlo con otros dispositivos. El
encapsulado más común es el de doble línea (DIP; dual-in-line
package).
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Introducción
Complejidad
Número de compuertas
Pequeña escala de integración (SSI)
Menos de 12
Mediana escala de integración (MSI)
12 a 99
Gran escala de integración (LSI)
100 a 9 999
Muy alta escala de integración (VLSI)
10 000 a 99 999
Ultra alta escala de integración (ULSI)
Más de 100 000
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Familias de CI
z
z
z
z
z
z
z
z
RTL Lógica de Transistor - Resistencia
DTL Lógica de Transistores - Diodo
I2L Lógica de Inyección Integrada
TTL Lógica de Transistor - Transistor
ECL Lógica de emisor acoplado
MOS Metal Oxido Semiconductor
CMOS Metal Oxido Semiconductor,
complementado
BiCMOS Unión Bipolar – Metal Oxido
Semiconductor, complementado
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Familia TTL
z
z
z
z
z
z
z
z
z
Texas Instruments Corporation introdujo en 1964 la
primera línea de CI TTL. Las series 54 y 74.
La diferencia entre estas dos series (54 y 74) es que la
primera es para aplicaciones militares.
Las SUBFAMILIAS.
-74L y 74H (bajo consumo y alta velocidad)
- 74S (Schottky)
- 74LS
- 74AS (Advanced)
- 74ALS
- 74F (FAST)
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a) Compuerta NAND TTL. b) Equivalencia de diodos para Q1.
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Compuerta NAND TTL Salida BAJA
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Compuerta NAND TTL Salida ALTA
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Comparando las subfamilias
74
74S
74LS
74AS
74ALS
74F
Retraso de propagación (ns)
9
3
9.5
1.7
4
3
Disipación de potencia (mW)
10
20
2
8
1.2
6
Producto velocidad-potencia (pj)
90
60
19
13.6
4.8
18
Máxima frecuencia de reloj (Mhz.
35
125
45
200
70
100
Factor de carga de la salida
10
20
20
40
20
33
VOH (mín)
2.4
2.7
2.7
2.5
2.5
2.5
VOL (máx)
0.4
0.5
0.5
0.5
0.4
0.5
VIH (mín)
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
VIL (máx)
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
Parametros de funcionamiento
Parametros de voltaje
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El CI 7400
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Hoja de especificación CI 7400
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TTL de tres estados
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La familia ECL
z
z
z
z
z
z
z
Los transistores nunca se saturan, así es que la velocidad de
conmutación es muy alta. Y su tiempo, común, de retraso en la
propagación es 1 ns.
Los niveles lógicos son nominalmente -0.8 V y -1.70 V para el 1 y 0
lógicos, respectivamente.
El margen de ruido, en el peor de los casos, son de aproximadamente
250 mV. (muy bajo).
Un bloque lógico, por lo general, produce una salida y su
complemento.
El factor de carga se encuentran comúnmente alrededor de 25.
La disipación típica de potencia de una compuerta básica ECL es de
25 mW. (muy grande).
El flujo de corriente total en un circuito permanece relativamente
constante, sin importar su estado lógico.
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Los CI con tecnología FET
El transistor FET (JFET y MOSFET)
Modo de operación (on/off)
Alta escala de integración
Gran variedad de funciones
Tipos:
PMOS.- Sólo usa MOSFET de enriquecimiento de canales P
MOSFET NMOS.- Sólo usa MOSFET de enriquecimiento de canales N
CMOS.- (MOS complementaria) Usa ambos canales
z Compatibilidad:
Son compatibles con terminal
CMOS
Equivalentemente funcionalmente
Eléctricamente compatibles .
z
z
z
z
z
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Transistor MOSFET
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Compuertas NMOS
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Compuertas CMOS
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Subfamilias CMOS
z
4000/14000.
z
z
74C.Es compatible con terminales y equivalente funcionalmente con series TTL.
74HC/HCT. Una mejora a la 74C, es 10 veces más rápida. Compatible
z
74AC/ACT.
z
UNA NUEVA FAMILIA:
LOGICA BiCMOS.
Pueden operar entre 3 y 15 V. Muy lentos, no guardan
compatibilidad eléctrica con ninguna serie TTL.
con
terminales y funcionalmente con series TTL. La serie HCT también es elec. compatible.
Compatible funcionalmente con TTL, pero no con terminales pues se
cuidó la inmunidad al ruido. ACT es eléctricamente compatible con TTL.
– Combina las mejores características de la tecnología Bipolar y
CMOS. La alta velocidad y el bajo consumo de potencia,
respectivamente. Estos circuitos no están disponibles en la mayor
parte de funciones de SSI y MSI ya que están limitadas a funciones
para interfaces con microprocesadores o VLSI.
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Comparación TTL vs CMOS
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Características TTL, ECL y CMOS
74HC /HCT
74ACACT
4000 B
74
74LS
74AS
74ALS
ECL
Disipación de potencia por compuerta (mw)
2.5 X 10 -3
5.0 X 10-3
1.0 X 10-3
10
2
8
1.2
25
0.17
0.08
0.1
10
2
8
1.2
25
8
4.7
50
9
9.5
1.7
4
1
Velocidad-potencia (a
100 Khz.) (Pj)
1.4
0.37
5
90
19
13.6
4.8
25
Máxima frecuencia de
reloj (Mhz).
40
100
12
35
45
200
70
300
Margen de ruido para el
peor de los casos (V)
0.9
0.7
1.5
0.4
0.3
0.3
0.4
0.25
Estática
A 100 Khz.
Retraso en la
propagación (ns)
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Otras características
Familia de CI
Fan-out
Disipación de
potencia en
(mw)
Demora de
propagación
(ns)
Margen de ruido
(V)
TTL normalizada
10
10
10
0,4
TTL SCHOTTKY
10
22
3
0,4
TTL SCHOTTKY
de potencia baja
20
2
10
0,4
ECL
25
25
2
0,2
CMOS
50
0,1
25
3
ESCOM-IPN
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Otros circuitos integrados
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Otros circuitos integrados
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Otros circuitos integrados
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Otros circuitos integrados
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