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ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS
2º Curso de Instalaciones Electromecánicas Mineras
Tema 4 Electrónica Digital Familias lógicas
Profesor Javier Ribas Bueno
Nota la mayor parte de los contenidos han sido
desarrollados por A.J. Calleja
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Electrónica digital familias lógicas

• Introducción
• Tecnologías de circuitos digitales
• Características eléctricas básicas de los
  circuitos digitales
• Familia TTL
• Familia CMOS

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Introducción
- Los fabricantes han desarrollado familias
lógicas de dispositivos digitales que representan
los dos estados lógicos por medio de parámetros
eléctricos Definen las propiedades de operación
- Niveles de tensión y corriente - Inmunidad
al ruido - Disipación de Potencia - fan-out
- Retardos de propagación
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Introducción

• Los circuitos integrados también se clasifican
  en función de su complejidad o escala de
  integración
• SSI small scale of integration. Son circuitos
  sencillos que contienen entre 1 y 10 puertas
  lógicas. Ejemplo puertas lógicas simples NAND,
  NOR, EXOR, etc.
• MSI medium scale of integration. Circuitos de
  complejidad media, entre 10 y 100 puertas.
  Ejemplos codificadores, decodificadores,
  multiplexadores, registros, etc.
• LSI large scale of integration. Circuitos de
  complejidad alta, contienen entre 100 y 1000
  puertas lógicas. Ejemplos memorias, dispositivos
  lógicos programables, etc.
• VLSI very large scale of integration. Circuitos
  de muy alta complejidad. Entre 1000 y 100.000
  puertas. Ejemplos microprocesadores.
• ULSI ultra large scale of integration. Circuitos
  de complejidad elevadísima. Contienen más de
  100.000 puertas. Ejemplos microcontroladores
  (integran en un sólo chip microprocesador,
  memoria y periféricos).

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Introducción

• - Algunas de las familias más antiguas son la RTL
  (resistor-transistor-logic), la DTL
  (diode-transistor-logic), la I2L
  (intensity-injection-logic)
• - No obstante, las familias lógicas más empleadas
  hoy en día son dos
• TTL, transistor-transistor-logic, basada en el
  empleo de transistores bipolares
• CMOS, complementary MOSFET, basada en el empleo
  de transistores MOSFET complementarios, es decir,
  de canal P y de canal N

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Introducción
Características básicas de las familias lógicas

• Tensión de alimentación
• Consumo de potencia por puerta
• Niveles de entrada y salida

VIH Tensión de entrada mínima para asegurar que
el nivel se interpreta como 1
VIL Tensión de entrada máxima para asegurar que
el nivel se interpreta como 0
VOH Tensión de salida mínima a nivel alto
VOL Tensión de salida máxima a nivel bajo
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Introducción
Características básicas de las familias lógicas

• Tensión de alimentación
• Consumo de potencia por puerta
• Niveles de entrada y salida

Para que una entrada y una salida sean
compatibles en niveles de tensión VOH gt VIH VOL
lt VIL
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Introducción
Características básicas de las familias lógicas

• Tensión de alimentación
• Consumo de potencia por puerta
• Niveles de entrada y salida

Niveles de corriente IOH es la corriente máxima
que puede suministrar una salida a nivel
alto IOL es la corriente máxima que puede
absorber una salida a nivel bajo IIH es la
corriente que consume una entrada a nivel
alto IIL es la corriente que consume una entrada
a nivel bajo

• Fan-out

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Introducción
- El Fan-Out representa el número de cargas
unitarias que puede manejar la salida de una
puerta lógica.
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Introducción
Características básicas de las familias lógicas

• Tensión de alimentación
• Consumo de potencia por puerta
• Niveles de entrada y salida
• Tiempos de subida, bajada y propagación

tR tiempo de subida (rise time)
tF tiempo de bajada (fall time)
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Introducción
Características básicas de las familias lógicas

• Tensión de alimentación
• Consumo de potencia por puerta
• Niveles de entrada y salida
• Tiempos de subida, bajada y propagación

A
tPLH tiempo de propagación en subida
tPHL tiempo propagación en bajada
tPLH
tPHL
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Familia TTL
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Familia TTL
- Dentro de la familia TTL existen varias
subfamilias o series que en función del tipo de
transistores y valores de la resistencias
integradas consiguen variar los parámetros
eléctricos de las mismas.
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Familia TTL
Características de la Familia TTL
Tensión de alimentación 4.75V lt Vcc lt
5.25V Niveles lógicos de tensión
TTL Standard
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Familia TTL
Corrientes de entrada y salida.
IIH0.04 mA (Corriente que absorbe estado alto)
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Familia TTL
Corrientes de entrada y salida.
IOH0.4 mA (Corriente que es capaz de dar. Nivel
bajo de salida)
IOL16 mA (Corriente que es capaz de absorber.
Nivel bajo de salida)
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Familia TTL
Algunas definiciones y tipos de salida.
La salida en TOTEM POLE no permite colocar
salidas en paralelo

• La salida en Colector Abierto permite colocar
  varias salidas en paralelo. WIRE-AND
• Permite trabajar con tensiones de 30V. La
  resistencia PULL-UP se calcula en función de la
  corriente que sea capaz de manejar el CI.

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Familia TTL
Salida colector abierto. WIRED-AND
Producto lógico
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Familia TTL
Salida Triestado
- La salida no está ni a cero ni a uno sino que
su equivalente es alta impedancia - Se pueden
colocar en paralelo la salidas que se quiera pero
solo puede estár activa una cada vez
Al activar Q2 se cortan Q3, Q4 y Q5 con lo que la
salida queda en alta impedancia
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Familia TTL
- El Fan-Out representa el número de cargas
unitarias que puede manejar la salida de una
puerta lógica.
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Familia TTL
Características de Conmutación

• - Limita la velocidad de conmutación y por lo
  tanto la frecuencia de la señal de salida.
• Existe un compromiso entre la velocidad de
  conmutación y el consumo.

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Familia TTL
Ejemplos de CI de la familia TTL
4 puertas NAND de 2 entradas
4 puertas NOR de 2 entradas
6 INVERSORES
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Familia CMOS

• Esta familia emplea transistores MOS-FET
  complementarios, es decir, tipo P y tipo N.
• - Principales Ventajas
• Consumo estático reducido (nulo)
• Alta inmunidad al ruido
• Amplio margen de alimentación 3 a 18V
• Principales inconvenientes
• Mayor tiempo de propagación
• Menores corrientes de salida

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Familia CMOS
Existen dos familias CMOS - Familia 4000
emplea transistores de puerta metálica. Admite
alimentación entre 3.0 y 15.0V - Familia 74HC y
74HCT, emplea transistores con puerta de silicio.
Admite alimentación entre 2.0 y 6.0V. Son
compatibles pin a pin con sus equivalentes de la
familia TTL 74XX. La familia 74HC es compatible
TTL en salidas La familia 74HCT es compatible
TTL en entradas y salidas
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Familia CMOS
Características de la Familia CMOS
Tensión de alimentación 3V lt Vcc lt 18V Niveles
lógicos de tensión
CMOS Standard
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Familia CMOS
Corrientes de entrada y salida.
Las entradas CMOS se corresponden con las puertas
de los transistores Por ello se pueden modelar
como un condensador en paralelo con una
resistencia de fugas La corriente de entrada es
del orden de pA.
La potencia disipada por estas puertas en régimen
permanente (estático) es prácticamente nula Sin
embargo en conmutación es necesario cargar y
descargar los condensadores de puerta y hacer
conmutar a los MOSFETS
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Familia CMOS
Corrientes de entrada y salida.
Estas corrientes dependen mucho de la tensión de
alimentación y la temperatura. Ver hojas de
características.
El fan-out de los circuitos CMOS es muy elevado.
En la práctica se limita a 50 para mantener una
buena respuesta dinámica
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Familia CMOS
Comparación TTL y CMOS
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Familia CMOS
Familia Lógica CMOS