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1.1 Arquitectura de los circuitos integrados: familias TTL y CMOS

¿Qué son los Circuitos Integrados?

Un circuito integrado (CI) es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran miles o millones de dispositivos electrónicos interconectados, principalmente diodos y transistores, aunque también componentes pasivos como resistencias o condensadores. Su área puede ser de 1 cm2 o incluso inferior.

Clasificación

Los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:

• Circuitos integrados analógicos: Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.

• Circuitos integrados digitales: Pueden ser desde básicas puertas lógicas (and, or, not) hasta los más complicados microprocesadores.

Familias TTL

Características

 Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75v y los 5,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.

 Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 2,4V y Vcc para el estado H (alto).

 La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si bien esta característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc y últimamente los CMOS: HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco más de los 250 MHz.

 Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a través de circuitos adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves pérdidas).

Familias

Los circuitos de tecnología TTL se prefijan normalmente con el número 74 (54 en las series militares e industriales). A continuación un código de una o varias cifras que representa la familia y posteriormente uno de 2 a 4 con el modelo del circuito.

Con respecto a las familias cabe distinguir:

 TTL: Serie estándar.

 TTL-L (lowpower): Serie de bajo consumo.

 TTL-S (schottky): Serie rápida (usa diodos Schottky).

 TTL-AS (advancedschottky): Versión mejorada de la serie anterior.

 TTL-LS (lowpowerschottky): Combinación de las tecnologías L y S (es la familia más extendida).

 TTL-ALS (advancedlowpowerschottky): Versión mejorada de la serie LS.

 TTL-F (FAST: fairchild advanced schottky).

 TTL-AF (advanced FAST): Versión mejorada de la serie F.

 TTL-HCT (highspeed C-MOS): Serie HC dotada de niveles lógicos compatibles con TTL.

 TTL-G (GHz C-MOS) : GHz ( Fromlbkj)

Tecnología

La tecnología TTL se caracteriza por tener tres etapas, siendo la primera la que le nombra:

 Etapa de entrada por emisor. Se utiliza un transistor multiemisor en lugar de la matriz de diodos de DTL.

 Separador de fase. Es un transistor conectado en emisor común que produce en su colector y emisor señales en contrafase.

 Driver. Está formada por varios transistores, separados en dos grupos. El primero va conectado al emisor del separador de fase y drenan la corriente para producir el nivel bajo a la salida. El segundo grupo va conectado al colector del divisor de fase y produce el nivel alto.

Complementary metal-oxide-semiconductor o CMOS

En un circuito CMOS, la función lógica a sintetizar se implementa por duplicado mediante dos circuitos: uno basado exclusivamente en transistores pMOS (circuito de pull-up), y otro basado exclusivamente en transistores nMOS (circuito de pull-down). El circuito pMOS es empleado para propagar el valor binario 1 (pull-up), y el circuito nMOS para propagar el valor binario 0 (pull-down).

 Cuando la entrada es 1, el transistor nMOS está en estado de conducción. Al estar su fuente conectada a tierra (0), el valor 0 se propaga al drenador y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de no conducción.

 Cuando la entrada es 0, el transistor pMOS está en estado de conducción. Al estar su fuente conectada a la alimentación (1), el valor 1 se propaga al drenador y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor nMOS, por el contrario, está en estado de no conducción.

Otra de las características importantes de los circuitos CMOS es que son regenerativos: una señal degradada que acometa una puerta lógica CMOS se verá restaurada a su valor lógico inicial 0 ó 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido que el circuito pueda tolerar.

Comparación entre familias lógicas

Diferencias entre las familias CMOS y TTL

Las diferencias más importantes entre ambas familias son:

• En la fabricación de los circuitos integrados se usan transistores bipolares par el TTL y transistores MOSFET para la tecnología CMOS

• Los CMOS requieren de mucho menos espacio (área en el CI) debido a lo compacto

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