FAMILIA LGICA TTL

TTL es la sigla en ingls de transistor-transistor lgica, es decir, "lgica transistor a transistor", esta fue la primera familia de xito comercial, se utiliz entre 1965 y 1985. Los circuitos TTL utilizan transistores bipolares y algunas resistencias de polarizacin. La tensin nominal de alimentacin de los circuitos TTL son 5 V DC.

Estn fabricadas a partir de BJT npn y resistencias, son las mas antiguas en uso y aun a si siguen siendo populares en sistemas digitales que utilizan circuitos integrados a escala pequea, media y gran escala de integracin, a pesar de ser sustituidos por las familias lgicas CMOS y BICMOS en la mayor parte de las aplicaciones, TTL sigue construyendo un estndar de referencia de la electrnica digital.

Caractersticas.

La familia lgica transistor-transistor ha sido una de las familias de CI ms utilizadas.Los CI de la serie 74 estndar ofrecen una combinacin de velocidad y disipacin de potencia adecuada a muchas aplicaciones. Los CI de esta serie incluyen una amplia variedad de compuertas, flip-flops y multivibradores monoestables as como registros de corrimiento, contadores, decodificadores, memorias y circuitos aritmticos. La familia 74 cuenta con varias series de dispositivos lgicos TTL(74, 74LS, 74S, etc.).

Estas series utilizan una fuente de alimentacin (Vcc) con voltaje nominal de 5V. Funcionan de manera adecuada en temperaturas ambientales que van de0 a 70C.

Estructura y funcionamiento.

La familia TTL estndar es una familia saturan-te, porque la mayor parte de los transistores trabajan en corte y saturacin, En la figura 1 se muestra una puerta inversora TTL estndar a +5V, dividida en tres partes:

Etapa de entrada: El transistor Q1 tiene por objeto producir la conmutacin rpida de Q2. Etapa Excitadora: La etapa extendida asocia al transistor Q2, tiene por objeto generar las dos seales complementarias necesarias para excitar el circuito de salida. Etapa de salida TTL: La etapa de salida contiene los transistores Q3 y Q4 en conexin tipo ttem (ttem pole). Esta etapa de salida requiere para ser excitada dos corrientes IB3 e IB4 producidas por la etapa excitadora mencionada anteriormente, las cuales tienen las caractersticas de estar una activa y la otra en inversa. La R4 tiene como funcin limitar la corriente de salida en caso de cortocircuito en la salida y en las transiciones.

Cuando se aplica una tensin de entrada de nivel bajo Vi=ViL=0 V, Q1 entra en saturacin (ON), Q2 corta (OFF) porque no recibe corriente de base, y Q3 tambin corta (OFF) porque tampoco recibe corriente de base. La salida se pone a nivel alto VOH=3,8V a travs de la conduccin de Q4 (ON) en activa (o en saturacin cuando la corriente de salida IOH es alta). Ntese que la salida no alcanza Vcc=5V debido a las cadas en la unin BE de Q4 y en le diodo D. Cuando se aplica una tensin de entrada de nivel alto Vi=VIH=5V, Q1 entra en activa en inversa (INV), Q2 satura (ON) con la corriente saliente del colector deQ1,Q3 satura (ON) con la corriente que recibe del emisor de Q2 y Q4 corta (OFF) cuando Q2 y Q3 estn saturados debido a la cada en D. La salida se pone a nivel bajo VOL=0,2V.

Disipacin de potencia

Una compuerta NAND TTL estndar disipa una potencia promedio de 10 mW. ICC(promedio) = 8 mA y una PD(promedio) = 8mA x 5 V = 40 mW. Esta es la potencia total requerida por las cuatro compuertas del encapsulado De este modo, una compuerta NAND requiere una potencia promedio de 10 mW

Factor de carga de Salida.

Es una medida del nmero de entradas que una compuerta puede controlar sin exceder las especificaciones de la misma. El flujo de corriente en una de entrada o salida se considera positivo si fluye hacia adentro y se considera negativa si fluye hacia afuera de la terminal. Cuando conectamos una salida con una o ms entradas, la suma algebraica de las corrientes debe dar cero.

Entradas no conectadas (flotantes)

cualquier entrada en un circuito TTL que se deja desconectada acta como un 1 lgico aplicado a esa entrada, debido a que en cualquier caso la unin o diodo base-emisor de la entrada no ser polarizado en sentido directo.

Serie 74L y 74H

- Proporciona TTL de baja potencia y alta velocidad 1mW pero a costa de un retraso de propagacin mucho mayor.- La serie 74H versin de alta velocidad que tiene un retraso de propagacin reducido, un mayor consumo de potencia.

Serie 74S TTL Schottky

- La serie 74S disminuye el retraso de tiempo por almacenamiento , se logra conectando entre la base y el colector del transmisor un diodo de barrera Schottky.- Emplea resistencias de bajo valor

TTL Schottky de bajo consumo de potencia, Series 74LS(LS-TTL)

- La serie 74LS es una versin de la serie 74S con un menor consumo de potencia y velocidad.- Utiliza el transistor Schottky- Resistencia mas grandes- Requerimiento de potencia del circuito reducida

TTL avanzada Schottky , Series 74AS(AS-TTL)

- Proporciona una mejora en la velocidad sobre las 74S- Con un requerimiento de consumo de potencia mucho menor.- Incluye bajos requerimientos de corrientes de entrada

FAMILIA LGICA CMOS

Complementary metal-oxide-semiconductor, "estructuras semiconductorxido- metal complementarias

La utilizacin conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energa es nicamente el debido a las corrientes parsitas.

La tecnologa CMOS fue desarrollada por Wanlass y Sah, de Fairchild Semiconductor, a principios de los aos 60. Sin embargo, su introduccin comercial se debe a RCA, con su famosa familia lgica CD4000.

Voltaje de Alimentacin

Las series 4000 y 74C funcionan con valores de VDD, que van de 3 a 15 V, las series 74HC y 74RCT funcionan con un menor margen de 2 a 6 V, cuando se emplean dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usual que el voltaje de alimentacin sea de 5.Si los dispositivos CMOS funcionan con un voltaje superior a 5V para trabajar junto con TTL se deben de tomar medidas especiales.

Niveles de Voltaje

Cuando las salidas CMOS manejan slo entradas CMOS, los niveles de voltaje de la salida pueden estar muy cercanos a 0V para el estado bajo, y a VDD para el estado alto.

Los requerimientos de voltaje en la entrada para dos estados lgicos se expresa como un porcentaje del voltaje de alimentacin

De esta forma, cuando un CMOS funciona con VDD = 5 V, acepta voltaje de entrada menor que VIL(mx) = 1.5 V como BAJO, y cualquier voltaje de entrada mayor que VIH (mn) = 3.5 V como ALTO.

VOL (MAX) 0VVOH (MIN) VDDVIL (MAX) 30% VDDVIH (MIN) 70% VDD

Inmunidad al Ruido

Ruido: cualquier perturbacin involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida del circuito.

Los circuitos lgicos deben tener cierta inmunidad al ruido la cual es definida como la capacidad para tolerar fluctuaciones en la tensin no deseadas en sus entradas sin que cambie el estado de salida.

En la Figura tenemos los valores crticos de las tensiones de entrada y salida de una puerta lgica y los mrgenes de ruido a nivel alto y bajo.

Los mrgenes de ruido son los mismos en ambos estados y dependen de VDD.En VDD = 5 V, los mrgenes de ruido son 1.5 V. Observamos una mayor inmunidad al ruido que las TT

Disipacin de Potencia

Tal y como comentamos, uno de los principales motivos del empleo de la lgicaCMOS es su muy bajo consumo de potencia. Cuando un circuito lgico CMOS se encuentra en esttico u disipacin de potencia es extremadamente baja, aumentando conforme aumenta la velocidad de conmutacin. se produce una disipacin de potencia dc tpica del CMOS de slo 2.5 nW por compuerta cuando VDD = 5 V an en VDD = 10 aumentara slo 10 nW.

Con estos valores de PD es fcil observar por qu la familia CMOS se usa ampliamente en aplicaciones donde el consumo de potencia es de inters primordial.

Existen varias series en la familia CMOS de circuitos integrados digitales. La serie 4000 que fue introducida por RCA y la serie 14000 por Motorola, estas fueron las primeras series CMOS.

La serie 74C que su caracterstica principal es que es compatible terminal por terminal y funcin por funcin con los dispositivos TTL. Esto hace posibles remplazar algunos circuitos TTL por un diseo equivalente CMOS. La serie74HC son los CMOS de alta velocidad, tienen un aumento de 10 veces la velocidad de conmutacin. La serie 74HCT es tambin de alta velocidad, y tambin es compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos TTL.

Los voltajes de alimentacin en la familia CMOS tiene un rango muy amplio, estos valores van de 3 a 15 V para los 4000 y los 74C. De 2 a 6 V para los 74HC y 74HCT.

Es mucho mejor que los TTL ya que los CMOS pueden ser utilizados en medios con mucho ms ruido. Los margenes de ruido pueden hacerse todava mejores si aumentamos el valor de VDD ya que es un porcentaje de este.

En lo que a la disipacin de potencia concierne tenemos un consumo de potencia de slo 2.5 nW cuando VDD = 5 V y cuando VDD = 10 V la potencia consumida aumenta a slo 10 nW.

Sin embargo tenemos que la disipacin de potencia sera baja mientras estemos trabajando con corriente directa. La potencia crece en proporcin con la frecuencia. Una compuerta CMOS tiene la misma potencia de disipacin en promedio con un 74LS en frecuencia alrededor de 2 a 3 Mhz.

Hay otras caractersticas muy importantes que tenemos que considerar siempre, las entradas CMOS nunca deben dejarse desconectadas, todas tienen que estar conectadas a un nivel fijo de voltaje, esto es por que los CMOS son, al igual que los MOS muy susceptibles a cargas electrostticas y ruido que podran daar los dispositivos.

DIFERENCIAS DE TTL CON CMOS

Caractersticas de entrada y salida asimtricas. Las entradas entregan una corriente significativa en estado bajo y en estado alto solo una corriente de fuga. La salida puede entregar una cantidad limita de corriente en el estado alto (resistencia mas transistor parcialmente encendido). TTL tiene dificultad para manejar entradas CMOS puras, porque VOH=2.4V.