Circuitos IntegradosTeoría para la práctica 1

Introducción 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

Vista interna de un circuito integrado

Circuitos Integrados Vienen en dos clases de pastillas

Pastilla de hilera doble (DIP) Pastilla Plana

Características de los CI’s 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)

Clasificación Los circuitos integrados se clasifican en dos

categorías generales: Lineales

Operan con señales continuas para producir funciones electrónicas (eje. Amplificadores, moduladores)

Digitales Operan con señales binarias y se hacen compuertas

digitales interconectadas

Tabla de integración de los CI’sNivel de Integración Número de Compuertas Función

SSI

Integración en Pequeña Escala

Unas pocas compuertas Ninguna función, solo compuertas

MSI

Integración de Mediana Escala

10 a 100 Compuertas Cumplir con una función lógica completa

LSI

Integración de Gran escala

Más de 100 compuertas Funciones lógicas con más de 100 compuertas

VLSI

Integración a Muy Gran Escala

Miles

Familias de Circuitos Integrados LógicosTeoría para la práctica 1

Introducción 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 la compuertas. El circuito básico en cada familia es una compuerta NAND ó una NOR.

Familias Hay muchas familias lógicas de circuitos integrados digitales que

han sido introducidos comercialmente, 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 oxido de metal complementario

(Complementary metal-oxide semiconductor) I2L: Lógica de inyección integrada (Integrated-injection logic)

• Realizar una investigación sobre familia de circuitos integrados TTL, ECL, MOS, CMOS, investigar características, aspectos técnicos, aplicaciones y usos. (entrega 7 de febrero)

Tabla de familias

Tecnología Serie

Familia de circuitos lógicos integrados con transistores bipolares

TTL

TTL estándar

TTL de baja potencia

TTL shoottky

TTL shoottky de baja potencia

TTL shoottky avanzada

ECL  

Familia de circuitos lógicos integrados con transistores MOSFET

CMOS

CMOS estándar

CMOS HC

CMOS HCT

NMOS  

PMOS  

BiCMOS Combina transistores bipolares con transistores MOSFET

Comentarios La familia TTL tiene una lista extensa de funciones

digitales y es comúnmente la familia lógica más popular.

La ECL se usa en sistemas que requieren operaciones de alta velocidad.

Los MOS e I2L se usan en circuitos que requieren alta densidad de componentes y

La CMOS se usa para sistemas que requieren bajo consumo de energía.

Características especiales Las características de las familias de CI’s

lógicos se comparan analizando el circuitos de la compuerta básica de cada familia, los parámetros más importantes que son evaluados y comparados son: fan-out, disipación de poder, demora de propagación y margen de ruido, se explicaran estos parámetros y algunos se medirán en la práctica 1.

Fan-out Especifica el número de cargos normales que puede

accionar la salida de la compuerta sin menoscabar su operación normal. La salida de la compuerta suministra una cantidad limitada de corriente por encima de la cual no opera correctamente y en este caso se dice que está sobrecargada.

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 milivatios (mW) y representa la potencia real designada por la compuerta.

Un CI con cuatro compuertas exigirá de la fuente cuatro veces la potencia disipada por cada compuerta. En un sistema dado puede haber muchos circuitos integrados y sus potencias deben tenerse en cuenta. El poder total disipado en un sistemas es la suma total del poder disipado de todos los CI’s.

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).

Las señales que viajan de las entradas de un circuito digital a las salidas pasan por una serie de compuertas. La suma de las demoras de propagación a través de las compuertas es la demora total de la propagación del circuito.

Margen de ruido Es el máximo voltaje de ruido agregado a la señal de

entrada de un circuito digital que no cause un cambio indeseable, a la salida del circuito. Se expresa en voltios (V).

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. De esta forma el ruido es el termino usado para denotar

una señal indeseable sobrepuesta a una señal de operación normal

Familia TTL

Historia Aunque la tecnología TTL tiene su origen en los

estudios de Sylvania, fue Signetics la compañía que la popularizó por su mayor velocidad e inmunidad al ruido que su predecesora DTL, ofrecida por Fairchild Semiconductor y Texas Instruments, principalmente. Texas Instruments inmediatamente pasó a fabricar TTL, con su familia 74xx, que se convertiría en un estándar de la industria.

Introducción 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.

Serie Tipo de transistor Retardo de propagación (ns)

Disipación de potencia (mW)

Producto velocidad-potencia, pJ

54LS/74LS

Schottky, baja potencia

9.5 2 19

54L/74L Común, baja potencia

33 1 33

54S/74S Schottky, potencia normal

3 19 57

54/74 Común, potencia normal

10 10 100

54H/74H Común, alta potencia

6 22 132

Compuerta NAND en tecnología TTL estándar (N)

Características de la familia TTL (1) 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.

Cuando hay conexión entre TTL y otras familias lógicas, será necesario ir a la literatura del fabricante para determinar la necesidad de la corriente de entrada y la disponibilidad de la corriente de salida y asegurarse de que no hay sobrecarga para la salida de la compuerta.

Características de la familia TTL (2) Niveles de voltaje

Los siguientes son las definiciones de niveles de voltaje que define el fabricante como mínimos y máximos para los niveles altos y bajos de una compuerta VOH: Voltaje de salida mínimo que una compuerta entrega

cuando su salida está en el nivel alto. 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.

Niveles de voltaje en TTL

Salidaalta

Entradaalta

Ent. bajaEntrada

baja

V salida V entrada

VOH = 2.4 V

VOL = 0.4 V

VIH = 2.0 V

VIL = 0.8 V

≤ 0.2 V

Δ1

Δ0

Características de la familia TTL (3) 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.

Consideraciones prácticas para trabajar con circuitos TTL Las señales de entrada nunca deben de ser mayores a la

tensión de alimentación ni inferiores al nivel de tierra. Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel alto,

conectarla a Vcc (tensión de alimentación) Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel bajo,

conectarla a tierra Si hay entradas no utilizadas, en compuertas NAND, OR,

AND, conectarlas a una entrada que si se esté utilizando Es mejor que las salidas no utilizadas de las compuertas estén

a nivel alto pues así consumen menos corriente

Consideraciones prácticas para trabajar con circuitos TTL Evitar los cables largos dentro de los circuitos Utilizar por lo menos un capacitor / condensador de

desacople (0.01 uF a 0.1 uF) por cada 5 o 10 paquetes de compuertas, uno por cada 2 a 5 contadores y registros y uno por cada flip flop. Estos capacitores de desacople eliminan los picos de voltaje de la fuente de alimentación que aparecen cuando hay un cambio de estado en una salida TTL / LS. (de Alto a bajo y viceversa) Estos capacitores / condensadores deben tener terminales lo más cortos posible y conectarse entre Vcc y tierra, lo mas cerca posible al circuito integrado.

Links de ayuda http://www.kpsec.freeuk.com/components/74

series.htm http://www.ti.com