Caracteristicas De Ttl Y Cmos

OBJETIVO: Conocer las características y de las familias TTL y CMOS.

DESARROLLO: FAMILIA LÓGICA TTL

Las características de la tecnología utilizada, en la familia TTL (Transistor, Transistor Logic), condiciona los parámetros que se describen en sus hojas de características según el fabricante, (aunque es estándar), la resumiré en sólo algunas como que:

Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4'75V y los 5'25V como se ve un rango muy estrecho debido a esto, los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0'2V y 0'8V para el estado L y los 2'4V y Vcc para el estado H.

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

Esta familia es la primera que surge y aún todavía se utiliza en aplicaciones que requieren dispositivos SSI y MSI. El circuito lógico TTL básico es la compuerta NAND. La familia TTL utiliza como componente principal el transistor bipolar. Como podemos ver en la figura, mediante un arreglo de estos transistores se logran crear distintos circuitos de lógica digital.

Debemos tomar en cuenta otras características de la lógica TTL. Si dejamos una entrada sin conectar actuará exactamente como un 1 lógico aplicado a esa entrada, ya que el transistor no será polarizado en forma directa. Cuando se presenta el caso de que no utilizamos una entrada la podemos dejar desconectada para que actué como un 1 lógico, pero lo más conveniente sería conectarlas a +5V a través de una resistencia de 1kΩ para proteger de las corrientes a las entradas de la compuerta.

Cuando dos o más entradas de una compuerta TTL se interconectan para formar una entrada común, esta tendrá un factor de carga de entrada que es la suma de los factores de carga de cada entrada.

Características de la familia TTL.

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.).

• Características de la serie TTL estándar

• Rango de voltajes de alimentación y temperatura.

Estas series utilizan una fuente de alimentación (Vcc) con voltaje nominal de 5V. Funcionan de manera adecuada en temperaturas ambientales que van de 0° a 70°C.

• Niveles de voltaje

Los niveles de voltaje de salida de la familia 74 estándar son:

• Voltajes nominales máximos

Los voltajes aplicados a cualquier entrada de un CI no deben exceder los 5.5V. Existe también un máximo para el voltaje negativo que se puede aplicar a una entrada TTL, que es de -0.5V. Esto se debe al uso de diodos de protección en paralelo en cada entrada de los CI TTL.

Retado de propagación

La compuerta NAND TTL estándar tiene retardos de propagación característicos de tPLH = 11 ns y tPHL = 7 ns, con lo que el retardo promedio es de tPD (prom) = 9 ns.

Dentro de la familia TTL, existen otras series que ofrecen alternativas de características de velocidad y potencia. Dentro de ellas, están:

-Serie 74L, TTL de bajo consumo de potencia

- Serie 74H, TTL de alta velocidad

-Serie 74S, TTL Schottky

-Serie 74LS (LS-TTL), TTL Schottky de bajo consumo de potencia

-Serie 74AS (AS-TTL), TTL Schottky avanzada

-Serie 74ALS, TTL avanzada Schottky de bajo consumo de potencia

74 74L 74H 74S 74LS 74AS 74ALS

Parámetros de funcionamiento

Retardo de propagación (ns) 9 33 6 3 9.5 1.7 4

Disipación de potencia (mW) 10 1 23 20 2 8 1

Producto velocidad-potencia (pJ) 90 33 138 60 19 13.6 4.8

Máxima frecuencia de reloj (MHz) 35 3 50 125 45 200 70

Factor de carga de la salida 10 20 10 20 20 40 20

Parámetros de Voltaje

VOH 2.4 2.4 2.4 2.7 2.7 2.5 2.5

VOL 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.4

VIH 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

VIL 0.8 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

Tabla 1. Características representativas de las series TTL.

La serie TTL también puede caracterizarse por el tipo de salida con que cuenta:

Salida TTL de colector abierto

Salida TTL de tres estados

FAMILIA CMOS

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.

Los requerimientos de voltaje en la entrada para los dos estados lógicos se expresa como un porcentaje del voltaje de alimentación. Tenemos entonces:

VOL (Max) = 0 V

VOH (min) = VDD

VIL (Max) = 30%VDD

VIH (min) = 70% VDD

Por lo tanto los márgenes de ruido se pueden determinar a partir de la tabla anterior y tenemos que es de 1.5 V. Esto es mucho mejor que los TTL ya que los CMOS pueden ser utilizados en medios con mucho más ruido. Los márgenes 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 será 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

Ya que los CMOS tienen una resistencia de entrada extremadamente

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