Electrónica Digital

TEMA 5. FAMILIAS LÓGICAS INTEGRADAS Ó

5.1. Parámetros característicos de los circuitos digitales 5.2. Tecnologías: Bipolar (TTL) y MOSFET (CMOS) 5.3. Comparación de prestaciones y compatibilidad

Introducción
Una familia lógica es una colección de CIs que tienen características eléctricas similares en sus entradas, salidas y circuitería interna, pero que realizan diferentes funcioneslógicas.
Los chips de una misma familia lógica se pueden interconectar directamente Los chips de familias lógicas diferentes no tienen porqué ser interconectables

Breve evolución histórica
Década de los 60 Se inventa el CI y empiezan aparecer las primeras familias lógicas. Aparece la familia TTL (transistor-transistor logic), que es la más popular. Aparece también la familia MOS, pero es mucho máslenta; sólo es atractiva en aplicaciones de bajo consumo. Avances en el diseño de los MOS hacen que aumente la popularidad de un subtipo de estos dispositivos (CMOS, Complementary MOS). Aparecen CIs con la misma funcionalidad que la familia TTL, pero con mayor velocidad y menor consumo de energía. Los circuitos CMOS constituyen la inmensa mayoría del mercado mundial de CI

Década de los 80Actualidad

Clasificación de familias lógicas
Familias lógicas (circuitos digitales con características y estructura física análogas): - Pasivas: - resistivas - de diodos
p pérdida de nivel poco aislamiento entrada/salida

- Activas: - bipolares: - diodo-transistor (DTL) -t transistor-transistor (TTL) i t t i t - resistencia-transistor (RTL) - emisor acoplado (ECL) - MOSFET: - carga integrada- CMOS

elemento activo: transistores restauran niveles (ganancia) mejoran aislamiento

Salida circuitos: “0” (0 V) ó “1” (VCC ó VDD V)  VCE en un BJT ó VDS en un MOSFET 0 1 Punto de funcionamiento de los transistores: Para salida “0”  conduciendo con muy poca tensión entre sus terminales, estado ON saturación en BJT, región de no-saturación o lineal en MOSFET
( ) Para salida “1”  encorte (toda la tensión cae entre terminales del transistor), estado OFF

Representación de variables lógicas mediante magnitudes físicas (eléctricas)
tensión corriente frecuencia fase
V

Idealmente: valores discretos

Normalmente tensión

tolerancias, distorsión, ruido

En la práctica: dos intervalos o bandas de valores Objetivos del diseñador de circuitos digitales: - Salvo entransiciones, salida nunca en la banda prohibida - Respuesta del circuito no ambigüa

V1

Es tado 1 Reg ión pro hib ida

V2

E stad o 2

Lógica definida positiva: 0 - intervalo de tensiones más bajas 1 - intervalo de tensiones más altas g g Lógica definida negativa: 0 - intervalo de tensiones más altas 1 - intervalo de tensiones más bajas

Ejemplo:
A B C

VA 0V 0V 5V 5V

VB 0V 5V 0V 5VVC 0V 0V 0V 5V

Con lógica definida positiva: AND Con lógica definida C ló i d fi id negativa: OR ti

5.1. Parámetros característicos de los circuitos digitales
- Niveles lógicos de tensión de entrada y de salida para representar los dos valores lógicos (“0” y “1”). VIHmin, VILmax, VOHmin, VOLmax

Figura extraída de Fundamentos  de Sistemas Digitales, T. L. Floyd,  Ed. Prentice Hall

-Dos tensiones umbral (una para cada estado lógico): tensión de entrada a partir de la cual la salida comienza a cambiar de estado estado.
V0 VCC

Ejemplo: inversor

VI VT-1 VT-0 VCC

- Dos márgenes de ruido (uno para cada valor lógico): variación de tensión admisible a la entrada de un circuito lógico sin q la salida del mismo cambie de estado, es decir, sin g que que el circuito "detecte"un nivel lógico diferente. V0
VoH min ViH min

margen de ruido para el 1

VCC VOHmin

Pendiente=-1

ViL max VoL max

margen de ruido para el 0

VOLmax

Pendiente=-1

VILmax VIHmin

VCC

VI

- Abanico de entrada (Fan-in): número máximo de entradas que el circuito lógico puede (Fan in): tener. (Fan out): - Abanico de salida (Fan-out): número máximo de entradas de otros...