UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS
NATURALES NO RENOVABLES
CARRERA DE INGENIERÍ...
5V. Funcionan de manera adecuada en temperaturas ambientales que van de
0° a 70°C.[2]
- Estructura y funcionamiento.
Fig 1...
pone a nivel alto VOH=3,8V a través de la conducción de Q4 (ON) en activa (o
en saturación cuando la corriente de salida I...
- La serie 74L es una versión de baja potencia que consume aproximadamente
1mW pero a costa de un retraso de propagación m...
emplean dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usual que el voltaje de
alimentación sea de 5.
Si los dispositivos CMOS funcio...
Disipación de Potencia
Tal y como comentamos, uno de los principales motivos del empleo de la lógica
CMOS es su “muy bajo ...
• Características de entrada y salida asimétricas.
• Las entradas entregan una corriente significativa en estado bajo y en...
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Familias ttl y cmos

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Familias ttl y cmos

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA ÁREA DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS DISEÑO DIGITAL Nombre: Kevin Luis Atiencia Pogo Paralelo: “A” Fecha: 23 de Marzo del 2014 Docente: Ing. Henry Cueva CONSULTA Nº 2 1. Temas: • Familias TTL • FAMILIAS CMOS 2. Descripción: Familia lógica TTL TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor lógica, es decir, "lógica transistor a transistor",esta fue la primera familia de éxito comercial, se utilizó entre 1965 y 1985. Los circuitos TTL utilizan transistores bipolares y algunas resistencias de polarización. La tensión nominal de alimentación de los circuitos TTL son 5 V DC. Están 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 pequeña, media y gran escala de integración, a pesar de ser sustituidos por las familias lógicas CMOS y BICMOS en la mayor parte de las aplicaciones, TTL sigue construyendo un estándar de referencia de la electrónica digital.[1] Características. La familia lógica transistor-transistor ha sido una de las familias de CI más utilizadas. Los CI de la serie 74 estándar ofrecen una combinación de velocidad y disipación de potencia adecuada a muchas aplicaciones. Los CI de esta serie incluyen una amplia variedad de compuertas, flip-flops y multivibradores monoestables así como registros de corrimiento, contadores, decodificadores, memorias y circuitos aritméticos. La familia 74 cuenta con varias series de dispositivos lógicos TTL(74, 74LS, 74S, etc.). Estas series utilizan una fuente de alimentación (Vcc) con voltaje nominal de
  2. 2. 5V. Funcionan de manera adecuada en temperaturas ambientales que van de 0° a 70°C.[2] - Estructura y funcionamiento. Fig 1. Inversor TTL estándar La familia TTL estándar es una familia saturan-te, porque la mayor parte de los transistores trabajan en corte y saturación, En la figura 1 se muestra una puerta inversora TTL estándar a +5V, dividida en tres partes: - Etapa de entrada: El transistor Q1 tiene por objeto producir la conmutación rápida de Q2. - Etapa Excitadora: La etapa extendida asocia al transistor Q2, tiene por objeto generar las dos señales complementarias necesarias para excitar el circuito de salida. - Etapa de salida TTL: La etapa de salida contiene los transistores Q3 y Q4 en conexión tipo tótem (tótem – 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 características de estar una activa y la otra en inversa. La R4 tiene como función limitar la corriente de salida en caso de cortocircuito en la salida y en las transiciones. Cuando se aplica una tensión de entrada de nivel bajo Vi=ViL=0 V, Q1 entra en saturación (ON), Q2 corta (OFF) porque no recibe corriente de base, y Q3 también corta (OFF) porque tampoco recibe corriente de base. La salida se
  3. 3. pone a nivel alto VOH=3,8V a través de la conducción de Q4 (ON) en activa (o en saturación cuando la corriente de salida IOH es alta). Nótese que la salida no alcanza Vcc=5V debido a las caídas en la unión BE de Q4 y en le diodo D. Cuando se aplica una tensión de entrada de nivel alto Vi=VIH=5V, Q1 entra en activa en inversa (INV), Q2 satura (ON) con la corriente saliente del colector de Q1,Q3 satura (ON) con la corriente que recibe del emisor de Q2 y Q4 corta (OFF) cuando Q2 y Q3 están saturados debido a la caída en D. La salida se pone a nivel bajo VOL=0,2V.[3] - Disipación de potencia - Una compuerta NAND TTL estándar 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 número 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 más entradas, la suma algebraica de las corrientes debe dar cero. - Entradas no conectadas(flotantes) cualquier entrada en un circuito TTL que se deja desconectada actúa como un 1 lógico aplicado a esa entrada, debido a que en cualquier caso la unión o diodo base-emisor de la entrada no será polarizado en sentido directo. Serie 74L y 74H - Proporciona TTL de baja potencia y alta velocidad
  4. 4. - La serie 74L es una versión de baja potencia que consume aproximadamente 1mW pero a costa de un retraso de propagación mucho mayor. - La serie 74H versión de alta velocidad que tiene un retraso de propagación 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 versión 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 lógica CMOS Complementary metal-oxide-semiconductor, "estructuras semiconductor- óxido-metal complementarias” 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. La tecnología CMOS fue desarrollada por Wanlass y Sah, de Fairchild Semiconductor, a principios de los años 60. Sin embargo, su introducción comercial se debe a RCA, con su famosa familia lógica CD4000. Voltaje de Alimentación 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
  5. 5. emplean dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usual que el voltaje de alimentación 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 sólo 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 lógicos se expresa como un porcentaje del voltaje de alimentación De esta forma, cuando un CMOS funciona con VDD = 5 V, acepta voltaje de entrada menor que VIL(máx) = 1.5 V como BAJO, y cualquier voltaje de entrada mayor que VIH (mín) = 3.5 V como ALTO. VOL (MAX) 0V VOH (MIN) VDD VIL (MAX) 30% VDD VIH (MIN) 70% VDD Inmunidad al Ruido Ruido : “cualquier perturbación involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida del circuito.” Los circuitos lógicos deben tener cierta inmunidad al ruido la cual es definida como “la capacidad para tolerar fluctuaciones en la tensión no deseadas en sus entradas sin que cambie el estado de salida”. En la Figura tenemos los valores críticos de las tensiones de entrada y salida de una puerta lógica y los márgenes de ruido a nivel alto y bajo. Los márgenes de ruido son los mismos en ambos estados y dependen de VDD. En VDD = 5 V, los márgenes de ruido son 1.5 V. Observamos una mayor inmunidad al ruido que las TTL
  6. 6. Disipación de Potencia Tal y como comentamos, uno de los principales motivos del empleo de la lógica CMOS es su “muy bajo consumo de potencia”. Cuando un circuito lógico CMOS se encuentra en estático u disipación de potencia es extremadamente baja, aumentando conforme aumenta la velocidad de conmutación. se produce una disipación de potencia dc típica del CMOS de sólo 2.5 nW por compuerta cuando VDD = 5 V aún en VDD = 10 aumentaría sólo 10 nW. Con estos valores de PD es fácil observar por qué la familia CMOS se usa ampliamente en aplicaciones donde el consumo de potencia es de interés 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 característica principal es que es compatible terminal por terminal y función por función con los dispositivos TTL. Esto hace posibles remplazar algunos circuitos TTL por un diseño equivalente CMOS. La serie 74HC son los CMOS de alta velocidad, tienen un aumento de 10 veces la velocidad de conmutación. La serie 74HCT es también de alta velocidad, y también es compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos TTL. Los voltajes de alimentación 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 más ruido. Los margenes de ruido pueden hacerse todavía mejores si aumentamos el valor de VDD ya que es un porcentaje de este. En lo que a la disipación de potencia concierne tenemos un consumo de potencia de sólo 2.5 nW cuando VDD = 5 V y cuando VDD = 10 V la potencia consumida aumenta a sólo 10 nW. Sin embargo tenemos que la disipación de potencia sera baja mientras estemos trabajando con corriente directa. La potencia crece en proporción con la frecuencia. Una compuerta CMOS tiene la misma potencia de disipación en promedio con un 74LS en frecuencia alrededor de 2 a 3 Mhz. Hay otras características muy importante 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 electrostáticas y ruido que podrían dañar los dispositivos.[4] Diferencias de TTL con CMOS
  7. 7. • Características de entrada y salida asimétricas. • 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”, por que VOH=2.4V.[5] Bibliografía: [1] [3] Publicado por Que Grande (comunidad de alumnos) Tema: Apuntes de Teoría de TE (2010-2011), disponible en la red: http://quegrande.org/apuntes/grado/1G/TEG/teoria/10-11/tema_10_- _familias_logicas_ttl.pdf [2] [5] Publicado por Wyne el dia jueves, 17 de febrero de 2011. Disponible en la red :http://sergiorendain.blogspot.com/2011/02/familias-logicas-ttl-y- cmos.html [4] Publicado por Jose Carlos Rangel Ortiz, Estudiante de la UTP, el día Marzo 04, 2012. Disponible en la red : http://www.slideshare.net/Jockrlos2289/ttlcmos

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