Familias Lógicas

Comienza Ya. Es Gratis
ó regístrate con tu dirección de correo electrónico
Rocket clouds
Familias Lógicas por Mind Map: Familias Lógicas

1. Tecnología TTL

1.1. Características: -Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75V y los 5,25V -Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 2,4V y Vcc para el estado H (alto). -La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si bien esta característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc y últimamente los CMOS: HC, HCT y HCTLS. -Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a través de circuitos adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves pérdidas).

1.2. Tecnologia La tecnología TTL se caracteriza por tener tres etapas, siendo la primera la que le nombra: *Etapa de entrada por emisor: se utiliza un transistor multiemisor en lugar de la matriz de diodos de DTL. *Separador de fase: es un transistor conectado en emisor común que produce en su colector y emisor señales en contrafase. *Driver: está formada por varios transistores, separados en dos grupos. El primero va conectado al emisor del separador de fase y drenan la corriente para producir el nivel bajo a la salida. El segundo grupo va conectado al colector del divisor de fase y produce el nivel alto.

1.3. Definición: TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor logic, es decir, «lógica transistor a transistor». Es una familia lógica o lo que es lo mismo, una tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares.

1.4. Familias de TTL Los circuitos de tecnología TTL se prefijan normalmente con el número 74 (54 en las series militares e industriales). A continuación un código de una o varias cifras que representa la familia y posteriormente uno de 2 a 4 con el modelo del circuito. Con respecto a las familias cabe distinguir: -TTL: serie estándar. -TTL-L (low power): serie de bajo consumo. -TTL-S (schottky): serie rápida (usa diodos Schottky). -TTL-AS (advanced schottky): versión mejorada de la serie anterior. -TTL-LS (low power schottky): combinación de las tecnologías L y S (es la familia más extendida). -TTL-ALS (advanced low power schottky): versión mejorada de la serie LSS. -TTL-AF (advanced FAST): versión mejorada de la serie F. -TTL-HCT (high speed C-MOS): Serie HC dotada de niveles lógicos compatibles con TTL.

1.5. Apliaciones -Microprocesadores, como el 8X300, de Signetics, la familia 2900 de AMD y otros. -Memorias RAM. -Memorias PROM. -Programmable array logic, o PAL, consistente en una PROM que interconecta las entradas y cierto número de puertas lógicas.

2. Tecnología CMOS

2.1. Definición Complementary metal-oxide-semiconductor o CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico) es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas, colocado obviamente en la placa base. En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es considerablemente bajo.

2.2. Ventajas La familia lógica tiene una serie de ventajas que la hacen superior a otras en la fabricación de circuitos integrados digitales: *El bajo consumo de potencia estática, gracias a la alta impedancia de entrada de los transistores de tipo MOSFET y a que, en estado de reposo, un circuito CMOS sólo experimentará corrientes parásitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos estados lógicos existe un camino directo entre la fuente de alimentación y el terminal de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor CMOS básico se encuentra en la región de corte en estado estacionario. *Gracias a su carácter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión. *Los circuitos CMOS son sencillos de diseñar. *La tecnología de fabricación está muy desarrollada, y es posible conseguir densidades de integración muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologías.

2.3. Desventajas *Debido al carácter capacitivo de los transistores MOSFET, y al hecho de que estos son empleados por duplicado en parejas nMOS-pMOS, la velocidad de los circuitos CMOS es comparativamente menor que la de otras familias lógicas. *Son vulnerables a latch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la estructura CMOS que entra en conducción cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de alimentación de los circuitos integrados. El latch-up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentación que acarrea la destrucción del dispositivo. Siguiendo las técnicas de diseño adecuadas este riesgo es prácticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusión con suficiente regularidad, para asegurarse de que está sólidamente conectado a masa o alimentación. *Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes parásitas empiezan a ser comparables a las corrientes dinámicas (debidas a la conmutación de los dispositivos).

2.4. CMOS analógicos Los transistores MOS también se emplean en circuitos analógicos, debido a dos características importantes: Alta impedancia de entrada: -La puerta de un transistor MOS viene a ser un pequeño condensador, por lo que no existe corriente de polarización. Un transistor, para que pueda funcionar, necesita tensión de polarización. Baja resistencia de canal -Un MOS saturado se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la superficie del transistor. Es decir, que si se le piden corrientes reducidas, la caída de tensión en el transistor llega a ser muy reducida. Estas características posibilitan la fabricación de amplificadores operacionales "Rail-to-Rail", en los que el margen de la tensión de salida abarca desde la alimentación negativa a la positiva. También es útil en el diseño de reguladores de tensión lineales y fuentes conmutadas

2.5. CMOS y bipolar Se emplean circuitos mixtos bipolar y CMOS tanto en circuitos analógicos como digitales, en un intento de aprovechar lo mejor de ambas tecnologías. En el ámbito analógico destaca la tecnología BiCMOS, que permite mantener la velocidad y precisión de los circuitos bipolares, pero con la alta impedancia de entrada y márgenes de tensión CMOS. En cuanto a las familias digitales, la idea es cortar las líneas de corriente entre alimentación y masa de un circuito bipolar, colocando transistores MOS. Esto debido a que un transistor bipolar se controla por corriente, mientras que uno MOS, por tensión. La relevancia de estos inconvenientes es muy baja en el diseño microelectrónico actual.

3. Compuertas Especiales

3.1. Tres Estados: Compuerta de tres estados . Las compuertas de tres estados presentan tres estados de salidas diferentes: un estado de bajo nivel (0), un estado de alto nivel (1), un estado de alta impedancia o estado flotante (Z).

3.2. Colector Abierto: Las compuertas con colector o drenador abierto, son un tipo de compuertas lógicas cuya salida esta externalizada, es decir abierta o sin resistencia en el colector del transistor de salida . Al realizar este tipo de circuito integrado, se deja la posibilidad al usurio de utilizar el valor de resistencia apropiado según sus necesidades y requrimientos de diseño.

3.3. El schmitt trigger: usa la histéresis para prevenir el ruido que podría tapar a la señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de referencia y entrada son parecidos. Para su implementación se suele utilizar un amplificador operacional realimentado positivamente

3.4. Un buffer amplificador: es un dispositivo electrónico que sirve para hacer una transformación en la impedancia de una señal.

4. Familias Iniciales

4.1. RTL : es el acrónimo inglés de resistor transistor logic o lógica de resistencia-transistor. 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.

4.2. La Diode-transistor logic (DTL), o: lógica diodo-transistor, es una categoría de circuitos digitales inmediatamente anterior a la lógica transistor-transistor. Recibe ese nombre porque la función de la puerta lógica (p.e., AND) la realiza una red de diodos mientras que la función de amplificación es realizada por un transistor (esto contrasta con la lógica RTL y la TTL).

4.3. ECL: Lógica Acoplada en Emisor (emmiter-coupled logic) son unos circuitos integrados digitales los cuales usan transistores bipolares, pero a diferencia de los TTL en los ECL se evita la saturación de los transistores, esto da lugar a un incremento en la velocidad total de conmutación. La familia ECL opera bajo el principio de la conmutación de corriente, por el cual una corriente de polarización fija menor que la corriente del colector de saturación es conmutada del colector de un transistor al otro. Este tipo de configuraciones se les conoce también como la lógica de modo de corriente (CML; current-mode logic).

4.4. La lógica de inyección integrada: es una familia de circuitos digitales construidos con transistores de juntura bipolar de colector múltiple (BJT). Cuando se introdujo su velocidad era comparable a los TTL además de que casi eran de tan baja potencia como los CMOS, Volviéndose ideal para su uso en circuitos integrados VLSI. Aunque los niveles lógicos son muy cercanos entre si (Alto: 0.7 V, Bajo: 0.2 V), I2L tenía una alta inmunidad al ruido debido a que operaba por corriente en vez de voltaje.

4.5. BiCMOS: (contracción de Bipolar-CMOS): es el nombre de una tecnología de fabricación de circuitos integrados que combina las ventajas de las tecnologías bipolar y CMOS integrándolas juntas en un mismo wafer. Se usa en analógica para la fabricación de amplificadores y en digital para algunos componentes discretos.

5. Caracterias de TTL y CMOS

5.1. Disipación de potencia muy baja

5.2. Disipación y tiempo de propagación pequeño

5.3. Disipación de potencia normal y pequeño tiempo de propagación

5.4. Disipación normal y tiempo de propagación extremadamente pequeño

5.5. Imnunidad al ruido

6. Famlia BiCMOS de bajo voltaje

6.1. Definicion: Combina circuitos con transistores bipolares y CMOS para la realización de circuitos lógicos digitales en un mismo chip. El objetivo final es incorporar las ventajas de cada dispositivo en uno solo: bajo consumo de potencia, alta impedancia de entrada y grandes márgenes de ruido de los CMOS, con elevada velocidad (grandes corrientes) para atacar elevadas cargas capacitivas en tiempos reducidos. También resulta una tecnologia apta para la realización de funciones analógicas

6.2. El inversor BiCMOS: Posee una etapa de entrada CMOS (QP y QN) gobernada por la señal vI y una etapa de salida compuesta por transistores bipolares

6.3. Compurta BiCMOS: Su concepción es similar a la de una CMOS o NMOS en lo que se refiere a la parte MOS. La parte bipolar funciona como etapa de salida. Se utilizan en la realización de microporocesadores, RAM estáticas y matrices de puertas

6.4. Ventajas: -Posee una alta impedancia. -Gracias a su realimentacion no genera ruido.

7. Familia ECL

7.1. Definicion: La familia ECL, Lógica Acoplada en Emisor (emmiter-coupled logic) son unos circuitos integrados digitales los cuales usan transistores bipolares, pero a diferencia de los TTL en los ECL se evita la saturación de los transistores, esto da lugar a un incremento en la velocidad total de conmutación. La familia ECL opera bajo el principio de la conmutación de corriente, por el cual una corriente de polarización fija menor que la corriente del colector de saturación es conmutada del colector de un transistor al otro. Este tipo de configuraciones se les conoce también como la lógica de modo de corriente

7.2. Funcionamiento: El funcionamiento de los circuitos ECL se basa en el mismo del amplificador diferencial. Los transistores no se saturan, la operación normal es en zona activa, lo que constituye una de las razones que hace que estos circuitos sean los mas veloces de los circuitos integrados digitales.

7.3. Ventajas de la ECL: -Son los circuitos más veloces y pueden alcanzar tiempos de demora de hasta 1ns. -No existen picos de corrientes en los transistores como sucede en la familia lógica TTL. -Se dispone de salidas complementadas, lo que le brinda mayor versatilidad.

7.4. Desventajas de la ECL: -Pequeños valores de los márgenes de ruidos. -Altos valores de potencia del orden de 40 mW. -No son compatibles con los circuitos TTL. -Ocupan gran área en los circuitos integrados