MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS

Circuitos integrados

Definición:

Un circuito integrado (CI) es un cristal semiconductor de silicio, llamado pastilla, que contiene componentes eléctricos tales como transistores, diodos, resistencias y capacitores, los diversos componentes están interconectados dentro de la pastilla para forma un circuito electrónico.

La pastilla está montada en un empaque plástico (cerámico) con sus conexiones soldadas a las patillas externas para conformar el circuito integrado

Vienen en dos clases de pastillas

Escalas de integración

Pastilla de hilera doble (DIP)

Pastilla Plana

Características de los circuitos

Tienen tamaños normalizados Número de patillas (pins) varía entre 8 y 64 Cada uno tiene una designación numérica impresa en su

superficie Cada fabricante publica un libro de características (databook)

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FAMILIAS LÓGICAS

TABLA DE FAMILIAS

CARACTERÍSTICAS ESPECIALES

Las características de las familias de CI’s lógicos se comparan analizando los circuitos de la compuerta básica de cada familia, los parámetros más importantes que son evaluados y comparados son:

Fan-out: Es el número máximo de entradas que pueden conectarse a la salida de la compuerta y se expresa con un número.

Disipación de potencia: Es la potencia suministrada necesaria para operar la compuerta. Este parámetro se expresa en mili vatios (mW) y representa la potencia real designada por la compuerta.

Retardo de Propagación: Es el tiempo promedio de demora en la transición de propagación de una señal de la entrada a la salida, cuando las señales binarias cambian de valor. Se expresa en nanosegundos (ηs).

Margen de ruido: Hay dos tipos de ruido que deben de considerarse: Ruido DC, causado por la desviación en los niveles de voltaje de la señal. Ruido AC, es el pulso aleatorio que puede ser creado por otras señales

conmutadas.

LA FAMILIA TTL

Existen varias familias de circuitos integrados lógicos que se distinguen por el tipo de dispositivo semiconductor y por la manera como estos dispositivos son interconectados para la conformación de las compuertas. El circuito básico en cada familia es una compuerta NAND o una NOR.

Las más populares son:

TTL: Lógicas de transistores (Transistor-transistor logic)ECL: Lógica de acoplamiento de emisor (emitter-coupled logic)MOS: Semiconductor de óxido de metal (Metal-oxide semiconductor)CMOS: Semiconductor de óxido de metal complementario (Complementary metal-oxide semiconductor)I2L: Lógica de inyección integrada (Integrated-injection logic)

MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS En 1964, Texas Instruments, introdujo la lógica transistor-transistor (TTL), una familia

de dispositivos ampliamente usada, por su rapidez, costo y facilidad de uso. El circuito básico de la familia TTL es la compuerta NAND La familia TTL se identifica por su numeración en dos series, la serie 74 y la 54, siendo

la primera de uso comercial y la segunda de uso militar.

VERSIONES DE LA FAMILIA TTL

Debido al balance entre velocidad y potencia, la familia TTL existe en cinco series distintas, la serie más popular es la LS por el balance entre rapidez y consumo.

Compuerta NAND en tecnología TTL estándar (N)

Características de la familia TTL

Fan-out: En el caso de TTL que una compuerta podrá accionar en su salida otras compuertas de la misma serie, la capacidad de salida será de 10 para la serie común y de alta potencia, y de 20 para la serie de baja potencia.

Niveles de voltaje VOH: Voltaje de salida mínimo que una compuerta entrega cuando su salida está en el nivel alto.

MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS VOL: Voltaje de salida máximo que una compuerta entrega cuando su salida está en el nivel bajo. VIH: Voltaje mínimo que puede ser aplicado en la entrada de una compuerta y ser reconocida como nivel alto. VIL: Voltaje máximo que puede ser aplicado en la entrada de una compuerta y ser reconocida como nivel bajo.

Margen de ruido Δ0 y Δ1, son los márgenes de ruido para el nivel bajo y alto respectivamente, este margen

se establece para prevenir respuestas falsas que podrían ser causada por el ruido introducido en el sistema.

FAMILIA CMOS

La familia lógica de MOS complementarios está caracterizada por su bajo consumo. Es la más reciente de todas las grandes familias y la única cuyos componentes se construyen mediante el proceso MOS. El elemento básico de la CMOS es un inversor.

Los transistores CMOS tienen características que los diferencian notablemente de los bipolares:

Bajo consumo, puesto que una puerta CMOS sólo consume 0,01 mW en condiciones estáticas (cuando no cambia el nivel). Si opera con frecuencias elevadas comprendidas entre 5 y 10 MHz, el consumo es de 10 mw.

Los circuitos CMOS poseen una elevada inmunidad al ruido, normalmente sobre el 30 y el 45 % del nivel lógico entre el estado 1 y el 0. Este margen alto sólo es comparable con el de la familia HTL.

Con las ventajas reseñadas, la familia CMOS se emplea en circuitos digitales alimentados por baterías y en sistemas especiales que tienen que funcionar durante largos períodos de tiempo, con bajos niveles de potencia. La elevada inmunidad al ruido es la ventaja principal para su aplicación en los automatismos industriales.

Las desventajas que sobresalen en la familia CMOS son su baja velocidad, con un retardo típico de 25 a 50 ns o más, especialmente cuando la puerta tiene como carga un elemento capacitivo; también hay que citar que el proceso de fabricación es más caro y complejo y, finalmente, la dificultad del acoplamiento de esta familia con las restantes.

Una característica muy importante de la familia CMOS es la que se refiere al margen de tensiones de alimentación, que abarca desde los 3 a los 15 V, lo que permite la conexión directa de los componentes de dicha familia con los de la TTL, cuando se alimenta con 5 V a los circuitos integrados CMOS.

MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS La serie 4000 de circuitos integrados CMOS es muy popular y consta, entre otros, de los siguientes modelos.

4000 Dos puertas NOR de 3 entradas y un inversor. 4001 4 puertas NOR de 2 entradas. 4002 2 puertas NOR de 4 entradas. 4011 4 puertas NAND de 2 entradas. 4012 2 puertas NAND de 4 entradas. 4013 2 biestables tipo D. 4015 2 registros de desplazamiento de 4 bits. 4017 Divisor-contador de décadas con 10 salidas. 4020 Contador binario de 14 etapas. 4023 3 puertas NAND de 3 entradas. 4025 3 puertas NOR de 3 entradas. 4027 2 biestables J-K. 4028 Decodificador BCD/decimal. 4035 Registro de desplazamiento con entrada serie/paralelo y salida

paralelo. 4042 4 registros D. 4043 4 RS con puertas NOR. 4044 4 RS con puertas NAND. 4049 6 buffer inversores. 4051 Multiplexor/demultiplexor analógico de 8 canales. 4052 2 multiplexores/demultiplexores de 4 canales. 4068 Una puerta NAND de 8 entradas. 4069 6 inversores. 4070 4 puertas EOR de 2 entradas. 4071 4 puertas OR de 2 entradas. 4072 2 puertas OR de 4 entradas. 4081 4 puertas AND de 2 entradas.

Dentro de la familia CMOS, se ha citado la serie 4000, que se caracteriza por tener una tensión de alimentación de 3 a 18 V, un consumo por puerta de 2,5 nW y un tiempo de propagación por puerta de 40 ns. En el mismo grupo hay dos subfamilias, cada vez más empleadas, que son:

HCMOS (CMOS de Alta Velocidad), con tensión de alimentación entre 2 y 6 V, consumo de 2,5 nW y tiempo de retraso de 9 ns. Es la serie 74HC.

HCMOS (CMOS de alta velocidad y compatible con TTL), con tensión de alimentación de 5 V, consumo de 2,5 nW y tiempo de retraso por puerta de 9 ns.. Es la serie 74HCT.

Así como cuando se trabaja con puertas TTL si una entrada no utilizada se deja sin polarizar actúa como entrada con nivel alto, en las de tecnología CMOS se deben de unir directamente a la alimentación o a masa, según se desee se comporten con nivel alto o bajo, respectivamente.

A continuación se exponen los valores más relevantes de los parámetros de la familia CMOS, alimentada a 5 V, y los de la TTL.

FAMILIA TTL C-MOSAlimentación + (voltios) +5 +3 a +15

MANTENIMIENTO DE COMPUTADORAS FAN-OUT 10 50

Inmunidad al ruido (v) 0,4 1Máx. Frecuencia (MHz)