Familias logicas
Páginas: 42 (10411 palabras)
Publicado: 5 de marzo de 2012
ORDEN DE APARICIÓN DE LAS DISTINTAS FAMILIAS LÓGICAS
Las primeras puertas lógicas integradas eran mera copia directa de las puertas "o-negada" (Nor) con componentes discretos, mediante la conexión en paralelo de varios transistores bipolares NPN en emisor común; tales puertas dieron lugar a la primera familia lógica: RTL (lógica de transistores y resistencias).
Pronto se mejoraron lascaracterísticas de estas puertas integradas, en cuanto a velocidad y a consumo, combinando una puerta "y" de diodos con un transistor inversor en emisor común; así se configuró la puerta "y-negada" (Nand) base de la familia DTL (lógica de transistores y diodos) que fue la primera que llegó a alcanzar una difusión apreciable.
A partir de este esquema (puerta "y" + inversor), aprovechando en mayorprofundidad las posibilidades que ofrece la integración sobre un substrato único, se planteó una segunda mejora en velocidad y en consumo, añadiendo una etapa de salida amplificadora de intensidad (dos transistores en push-pull) y substituyendo los diodos por un transistor multi emisor.
La etapa de salida de dos transistores NPN (totem pole: «palo de tótem») aumenta la intensidad suministrable ydisminuye la resistencia de salida; el transistor multi emisor mejora considerablemente la conmutación de la puerta (en una primera aproximación, su comportamiento puede ser analizado en términos de diodos:
La clave del funcionamiento de la puerta TTL es el sentido en que circula la intensidad que la base del transistor multi emisor recibe desde la resistencia de 4K: - si dicha corriente va«hacia fuera», es decir, si alguna de las entradas está conectada a 0, el transistor T se encontrará en corte y el transistor T1, en colector común, transmite un 1 a la salida;
- cuando todas las entradas se encuentran a 1 dicha intensidad circula «hacia dentro», hacia la base del transistor T, que se satura y lleva también a saturación al transistor T2, que pone la salida a 0. [Un 0 en una entradasupone una intensidad «hacia fuera», de forma que una entrada TTL «al aire» equivale a un 1, salvo efectos de ruido.]
Posteriores series «avanzadas» con el mismo esquema circuital han aprovechado la reducción de dimensiones de los transistores y la correspondiente disminución de sus capacidades parásitas para conseguir tiempos de propagación inferiores: la serie 74ALS (advanced LS) presentatiempos por debajo de 4 ns, mientras que las series 74F (fast-TTL) y 74AS (advanced Schottky) ofrecen tiempos de propagación del orden de 2,5 ns y 1,5 ns, respectivamente, a costa de un mayor consumo (por utilizar resistencias de menor valor).
Esta línea de evolución de las puertas con transistores bipolares constituye la «edad antigua» de los circuitos integrados digitales; actualmente, apenas seutilizan las familias bipolares, salvo en determinadas aplicaciones específicas, en particular, para sistemas de muy alta velocidad.
La serie 74LS sigue siendo útil para «recambio y mantenimiento» de los numerosos sistemas digitales que han sido construidos con ella (o con la serie estándar 74), la serie 74ALS se emplea en circuitos «interbús» (aplicación que consideraremos un poco más adelante) yla serie 74F resulta adecuada para diseños de muy alta velocidad de trabajo (frecuencias superiores a los 100 MHz).
Desarrollo de las tecnologías MOS: familia CMOS
La integración de transistores MOS presentó inicialmente grandes dificultades, derivadas de ser un efecto superficial que es afectado por cualquier impureza o dislocación en la superficie del cristal de silicio; fue precisodesarrollar técnicas de muy alta limpieza ambiental que no estuvieron disponibles hasta mediados de los años 70. Sin embargo, una vez que se dispuso de tales técnicas, las extraordinarias ventajas de los transistores MOS (referidas a autoaislamiento, auto alineamiento, tamaño y consumo) determinaron un rápido desarrollo y difusión de los circuitos integrados digitales MOS.
En una primera fase resultó...
Las primeras puertas lógicas integradas eran mera copia directa de las puertas "o-negada" (Nor) con componentes discretos, mediante la conexión en paralelo de varios transistores bipolares NPN en emisor común; tales puertas dieron lugar a la primera familia lógica: RTL (lógica de transistores y resistencias).
Pronto se mejoraron lascaracterísticas de estas puertas integradas, en cuanto a velocidad y a consumo, combinando una puerta "y" de diodos con un transistor inversor en emisor común; así se configuró la puerta "y-negada" (Nand) base de la familia DTL (lógica de transistores y diodos) que fue la primera que llegó a alcanzar una difusión apreciable.
A partir de este esquema (puerta "y" + inversor), aprovechando en mayorprofundidad las posibilidades que ofrece la integración sobre un substrato único, se planteó una segunda mejora en velocidad y en consumo, añadiendo una etapa de salida amplificadora de intensidad (dos transistores en push-pull) y substituyendo los diodos por un transistor multi emisor.
La etapa de salida de dos transistores NPN (totem pole: «palo de tótem») aumenta la intensidad suministrable ydisminuye la resistencia de salida; el transistor multi emisor mejora considerablemente la conmutación de la puerta (en una primera aproximación, su comportamiento puede ser analizado en términos de diodos:
La clave del funcionamiento de la puerta TTL es el sentido en que circula la intensidad que la base del transistor multi emisor recibe desde la resistencia de 4K: - si dicha corriente va«hacia fuera», es decir, si alguna de las entradas está conectada a 0, el transistor T se encontrará en corte y el transistor T1, en colector común, transmite un 1 a la salida;
- cuando todas las entradas se encuentran a 1 dicha intensidad circula «hacia dentro», hacia la base del transistor T, que se satura y lleva también a saturación al transistor T2, que pone la salida a 0. [Un 0 en una entradasupone una intensidad «hacia fuera», de forma que una entrada TTL «al aire» equivale a un 1, salvo efectos de ruido.]
Posteriores series «avanzadas» con el mismo esquema circuital han aprovechado la reducción de dimensiones de los transistores y la correspondiente disminución de sus capacidades parásitas para conseguir tiempos de propagación inferiores: la serie 74ALS (advanced LS) presentatiempos por debajo de 4 ns, mientras que las series 74F (fast-TTL) y 74AS (advanced Schottky) ofrecen tiempos de propagación del orden de 2,5 ns y 1,5 ns, respectivamente, a costa de un mayor consumo (por utilizar resistencias de menor valor).
Esta línea de evolución de las puertas con transistores bipolares constituye la «edad antigua» de los circuitos integrados digitales; actualmente, apenas seutilizan las familias bipolares, salvo en determinadas aplicaciones específicas, en particular, para sistemas de muy alta velocidad.
La serie 74LS sigue siendo útil para «recambio y mantenimiento» de los numerosos sistemas digitales que han sido construidos con ella (o con la serie estándar 74), la serie 74ALS se emplea en circuitos «interbús» (aplicación que consideraremos un poco más adelante) yla serie 74F resulta adecuada para diseños de muy alta velocidad de trabajo (frecuencias superiores a los 100 MHz).
Desarrollo de las tecnologías MOS: familia CMOS
La integración de transistores MOS presentó inicialmente grandes dificultades, derivadas de ser un efecto superficial que es afectado por cualquier impureza o dislocación en la superficie del cristal de silicio; fue precisodesarrollar técnicas de muy alta limpieza ambiental que no estuvieron disponibles hasta mediados de los años 70. Sin embargo, una vez que se dispuso de tales técnicas, las extraordinarias ventajas de los transistores MOS (referidas a autoaislamiento, auto alineamiento, tamaño y consumo) determinaron un rápido desarrollo y difusión de los circuitos integrados digitales MOS.
En una primera fase resultó...
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