Repblica Bolivariana de Venezuela Instituto Universitario Politcnico Santiago Mario Escuela de Ingeniera de Sistemas Extensin Maturn

FAMILIAS LOGICAS

ELECTRONICA DIGITAL

Autor:

Raimar Marcano

Marcos Morales

Miguel Rosales

Odoardo Moreno

Seccin: G Tarde

Maturn, Noviembre de 2011

INTRODUCCION.

El siguiente informe tiene como finalidad comprender el funcionamiento de

las familias lgicas, las cuales se han desarrollado grandemente con el advenimiento

de la miniaturizacin de la electrnica, a partir del desarrollo de los transistores y

su posterior integracin en sub-circuitos y circuitos en un substrato de silicio. Los

circuitos digitales son sumamente apropiados para su utilizacin en Circuitos

Integrados, y estos prcticamente han invadido el campo digital y son muy

utilizados en la construccin de computadoras y en muchas otras herramientas

construidas actualmente. El presente trabajo tratar sobre las familias Lgicas, su

concepto y los tipos de familias lgicas predominantes en la actualidad.

FAMILIAS LOGICAS.

Los Circuito Integrados son una pieza o cpsula que generalmente es de

silicio o de algn otro material semiconductor, que utilizando las propiedades de

los semiconductores, es capaz de hacer las funciones realizadas por la unin en un

circuito, de varios componentes electrnicos, como: resistencias, condensadores,

transistores, etc.

Los circuitos integrados (CI's), se pueden clasificar en: analgicos y

digitales; en este trabajo se describen circuitos integrados digitales. Estos

funcionan con base en la lgica digital o lgebra de Boole, donde cada operacin de

esta lgica, es representada en electrnica digital por una compuerta o puerta

lgica.

ambin estos CI s se pueden clasificar segn su nivel de integracin o

complejidad por el nmero de puertas que contiene, en:

SSI ( pequea escala de integracin) : menor de 10 puertas.

MSI ( media escala de integracin) : entre 10 y 100 puertas.

LSI ( gran escala de integracin) : entre 100 y 10.000 puertas.

VLSI ( muy gran escala de integracin) : entre 10.000 puertas y 100.000.

ULSI (Ultra grande escala de integracin: mas de 100.000 puertas.

Por lo tanto, en la actualidad, los diferentes fabricantes de estos chip han

desarrollado familias lgicas de dispositivos digitales que representan los estados

lgicos, el 0 y el 1, por medio de parmetros elctricos. En donde se definen

propiedades de operacin como: Niveles de tensin y corriente, Inmunidad al ruido,

Disipacin de potencia, Retardos de propagacin, Fan-out, entre otros.

Qu es una familia Lgica.?

Por lo tanto y segn el material de apoyo: Una familias lgica, es un

conjunto de CI s compatibles entre si, que se alimentan con el mismo voltaje,

entienden los mismos niveles lgicos. Como consecuencia, las salidas de las

puertas pueden conectarse directamente a las entradas de otras puertas de la

misma familia sin problema alguno de adaptacin o comunicacin entre si. Como

se describe en este concepto una familia lgica va ha estar determinada por el tipo

de componente con que est construido y la estructura bsica con que se

construyen las puertas lgicas , as como sus valores (ya que si cambiamos

estos valores, pasaremos a otra familia diferente).

Caractersticas de las familias lgicas.

Esquema y comportamiento circuital de su puerta bsica.

ensin de alimentacin.

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 caracterstica de particular importancia, el comportamiento frente al

ruido electromagntico.

ipos de Familias Lgicas.

Dependiendo del diseo y el montaje del sistema digital, el tipo de

transistor u otro componente electrnico utilizado, se tienen dos tipos de familias

lgicas, generalmente el tipo de componente utilizado en la construccin del

circuito lleva el nombre de la tecnologa utilizada, y cada familia est formada por

subfamilias, entre estas tenemos:

Familias bipolares.- Emplean transistores bipolares (BJT), resistencias y

diodos, es decir, dispositivos de unin. Las familias bipolares ms

representativas son las familias TTL y ECL.

Familias MOSFET.- Emplean transistores MOSFET, es decir, transistores

de efecto campo. La familias MOS ms representativas son las familias

NMOS, PMOS y CMOS.

Cada una de las familias est formada por subfamilias, y van a tener una

serie de parmetros cuyos valores van a ser ms o menos fijos. Difieren una de

otras en las prestaciones que ofrecen, cada una por separado tiene una serie de

ventajas e inconvenientes respecto a las otras. Hay que tener en cuenta, que por

lo general, la mejora de una caracterstica va en perjuicio de otra. La idoneidad de

cada familia, depende de la aplicacin que queramos realizar con ella y que es lo

que interesa ms (menor consumo, ms velocidad de respuesta, etc.) Por ejemplo,

los circuitos digitales necesitan una gran rapidez de respuesta a la salida ante un

cambio en sus entradas, un ejemplo claro son los convertidores A/D

(analgico/digital) o D/A. Por el contrario, un circuito que deba estar funcionando

durante un periodo largo y alimentado por bateras, su principal caracterstica

deber ser el bajo consumo.

La familia Lgicas Bipolares:

Los CI s estn hechos a base de transistores de unin bipolar (BJT).

Siendo las ms notables las siguientes:

Lgica Resistencia-Transistor (RTL).

Diodo-Transistor (DTL).

Transistor-Transistor (TTL).

Emisor Acoplado (ECL).

Alto Umbral de Ruido (HTL).

Inyeccin Integrada (I2L).

Las dos primeras (R L, D L) estn hoy en da obsoletas. La L es la ms

utilizada a nivel de circuitos SSI y MSI. En cuanto a ECL, es la ms rpida y por

eso se emplea (en muy contadas ocasiones), cuando se requieren aplicaciones de

alta velocidad de respuesta sin tener en cuenta el precio o el consumo. En cuanto

a la I2L, comercialmente no dispone de circuitos de propsito general; s en

cambio, circuitos LSI y VLSI debido a la alta densidad de integracin que permite

esta familia. Por ltimo, basta decir que la H L tiene una alta inmunidad al ruido,

siendo muy apropiada para ser utilizadas en ambientes industriales hostiles (con

muchas posibilidades de existencia de ruidos y de niveles altos).

La Familia MOS:

Los CI s estn hechos a base de transistores de efecto de campo

(MOSFET). Las principales son:

Lgica MOSFE de canal n (nMOS).

Lgica MOSFE de canal p (pMOS).

Lgica de Simetra Complementaria (CMOS).

La familia PMOS est anticuada en la actualidad. En cuanto a la NMOS es

la ms utilizada en circuitos LSI y VLSI, empleados para microprocesadores y

memorias. Por su parte la familia CMOS, (Complementary Metal Oxide

Semiconductor o combinacin de NMOS y CMOS), debido a su bajo consumo es

idnea para utilizarla en equipos a bateras, como por ejemplo las calculadoras de

bolsillo. Cada familia lgica tiene un circuito electrnico bsico (puerta NAND,

NOR, NOT), mediante o partir del cual se desarrollan funciones y circuitos

digitales ms complejos. Como puede verse, existen una gran diversidad de

tecnologas digitales a nivel de bloques funcionales estndar (puertas,

decodificadores, sumadores, contadores, etc), destacando la TTL y la CMOS.

Diferencias entre las familias CMOS y TTL. Las diferencias ms

importantes entre ambas familias son:

a.-) En la fabricacin de los circuitos integrados se usan transistores bipolares para

el L y transistores MOSFE para la tecnologa CMOS.

b.-) Los CMOS requieren de mucho menos espacio (rea en el CI) debido a lo

compacto de los transistores MOSFE . Adems debido a su alta densidad de

integracin, los CMOS estn superando a los CI bipolares en el rea de integracin

a gran escala, en LSI - memorias grandes, CI de calculadora, microprocesadores,

as como VLSI.

c.-) Los circuitos integrados CMOS es de menor consumo de potencia que los

TTL.

d.-) Los CMOS son ms lentos en cuanto a velocidad de operacin que los L.

e.-) Los CMOS tienen una mayor inmunidad al ruido que los TTL.

f.-) Los CMOS presenta un mayor intervalo de voltaje y un factor de carga ms

elevado que los L. En resumen podemos decir que: L: diseada para una alta

velocidad. CMOS: diseada para un bajo consumo. Actualmente dentro de estas

dos familias se han creado otras, que intentan conseguir lo mejor de ambas: un

bajo consumo y una alta velocidad. La familia lgica ECL se encuentra a caballo

entre la TTL y la CMOS. Esta familia naci como un intento de conseguir la

rapidez de TTL y el bajo consumo de CMOS, pero en raras ocasiones es empleada.

Ventajas de CMOS sobre las TTL

La lgica CMOS ha emprendido un crecimiento constante en el rea de la

MSI, principalmente a expensas de la TTL, con la que compite directamente. El

proceso de fabricacin de CMOS es ms simple que el L y tiene una mayor

densidad de integracin, lo que permite que se tengan ms circuitos en un rea

determinada de sustrato y reduce el costo por funcin. La gran ventaja de los

CMOS es que utilizan solamente una fraccin de la potencia que se necesita para

la serie L de baja potencia (74L00), adaptndose de una forma ideal a

aplicaciones que utilizan la potencia de una batera o con soporte en una batera.

El inconveniente de la familia CMOS es que es ms lenta que la familia L,

aunque la nueva serie CMOS de alta velocidad "HCMOS" (SERIES HC y HCT),

que vio la luz en 1983, puede competir con las series bipolares avanzadas en

cuanto a velocidad y disponibilidad de corriente, y con un consumo menor, con las

series 74 y 74LS.

CONCLUSION.

Los Circuitos Integrados (CI's), son importantes en la actualidad, estos se

encuentran prcticamente en todos los aparatos electrnicos modernos, como

automviles, televisores, reproductores de CD, reproductores de MP3, telfonos

mviles, computadoras, etc. Y estos pequeos chips como tambin se les denomina

significaron un gran avance a los tubos de vaco y a los circuitos electrnicos

creados como componentes discretos (resistencias, condensadores, diodos).

Las Familias Lgicas, son tipos de CI's, que van a depender del fabricante y

la tecnologa bsica utilizada en su fabricacin, as como tambin del tipo de

componente predominante, generalmente toma el nombre del componente

utilizado.

Entre las familias Lgicas tenemos:

Las Familias Lgicas bipolares, que emplean transistores bipolares (BJT),

resistencias y diodos, es decir, dispositivos de unin. Entre las ms representativas

tenemos R L, D L, L y ECL, siendo el ms utilizado en la actualidad la

tecnologa L (Lgica ransistor a ransistor)

La Familias MOSFET que emplean transistores MOSFET, es decir,

transistores de efecto campo. La ms representativas son: NMOS, PMOS y

CMOS, siendo la ms utilizada la tecnologa CMOS.