Circuitos Electrónicos DigitalesClase N°31 Familias Lógicas Circuitos Electrónicos Digitales...

Circuitos Electrónicos Digitales

Clase N°3 1

Familias Lógicas

Circuitos Electrónicos DigitalesProfesora: Mafalda Carreño M

Segundo Semestre 2009

Clase N°3 2

Evolución de las familias Lógicas

Clase N°3 3

Familias Lógicas familias bipolares

Son aquellas que se basan en transistores. Estos transistores se clasifican en los tipos “npn” o” “pnp”

De estos dos tipos, los más usados son los transistores npn por su mayor ganancia y su mayor rapidez.

Debido a que internamente existen dos diodos, estos transistores presentan 4 zonas de operación, las combinaciones de las diferentes zonas de cada diodo.

Clase N°3 4

1. Zona de Corte: el transistor se comporta como circuito abierto, no hay circulación de corriente por sus terminales. Ambos diodos están en corte.

2. Zona Activa Directa: El transistor se comporta como un amplificador. En este caso el diodo base-emisor está conduciendo, mientras el diodo base – colector está cortado.

Clase N°3 5

3. Zona Activa Inversa (ZAI):Es una zona parecida a la anterior (ZAD), cambiando los terminales de emisor y colector. En esta zona también hay amplificación, pero es menor.

4. Zona de saturación: El transistor se comporta como cortocircuito entre colector y emisor. En esta zona ambos diodos están conduciendo

Clase N°3 6

Transistor saturado, equivale a un corto circuito

Transistor cortado, equivale a un corto abierto

Clase N°3 7

Familia TTL Familia que se caracteriza por su rapidez. Los transistores trabajan en corte y saturación (conmutación).

Estos transistores conducen tan pronto como la corriente de base (Ib) es lo suficiente para hacer que la corriente de colector (Ic) sea la de saturación. El alto valor de la corriente saturación de la base conlleva a que cuando se desea pasar al corte se tengan mayores tiempos de conmutación.

Una de las mejoras introducidas en la familia TTL estándar es la utilización de un transistor de entrada multi-emisor, que favorece el paso de saturación al corte.

Clase N°3 8

Familia TTL con transistores multiemisores

Es una de las familias más usada en la construcción de dispositivos de mediana escala de integración (MSI). Está basada en el transistor multi-emisor. Éste es un transistor con varios emisores comunes, una sola base y un solo colector. A continuación se muestra el símbolo de este transistor, su representación en transistores de un solo emisor y su modo de operación.

Clase N°3 9

Familia TTL-Schottky

Transistor Schottky

símbolo

Denominación “74 S xxx”:

•La familia TTL estándar pierde velocidad en la conmutación, debido a que los transistores trabajan en corte y saturación.

•Esta familia trata de evitar que los transistores almacenen el estado de saturación, reduciendo el exceso de carga en la zona de la base, tardando menos en conmutar de saturación a corte, aumentando considerablemente la velocidad.

Clase N°3 10

Inversor Schottky (configuración básica)

Inversor básico con diodo Schottky

Clase N°3 11

Inversor Schottky

Clase N°3 12

Inversor Schottky

Clase N°3 13

Familia TTL-Low Power Schottky

Denominación “74LSxxx”:

•Mejora de la familia 74Sxxx, la cual obtenía un gran aumento de velocidad respecto de la TTL estándar, a costa del aumento de las corrientes circulantes por la puerta. Se obtiene un consumo menor, pero se reduce ligeramente la velocidad de conmutación respecto de la serie Schottky.

•La velocidad obtenida es del orden de la familia TTL estándar, consumiendo 5 veces menos.

•Utiliza diodos Schottky.

Clase N°3 14

Familias TTL- Advanced Schottky (AS) y Advanced Low Power Schottky (ALS)

74 AS xxx: Reduce la disipación de potencia y de retardo en un 50% y

el producto potencia–retardo de propagación lo reduce unas 4 veces respecto a la familia TTL-S.

Reduce un 50% la intensidad de la corriente en la entrada. Posee retardos de propagación pequeños y elevadas

frecuencias de reloj con relativo bajo consumo.

74ALS xxx: Aumenta al doble la eficiencia y reduce la potencia en un

50% comparando con la familia TTL-LS. Compatible con las familias 74, 74S, 74LS y 74AS.

Clase N°3 15

Familia TTL- FAST

Clase N°3 16

Nomenclatura disponible en dispositivos digitales TTL

Clase N°3 17

Familia Lógica ECL

La familia ECL utiliza el principio de no conseguir la saturación de sus transistores, para ello utiliza la lógica de emisores acoplados (ECL) en lugar de diodos Schottky.

Existen dos series:

•ECL serie 10000 o ECL 10K

•ECL serie 100000 o ECL 100K (más rápida y estable que la anterior).

Son las más rápidas del mercado, pudiendo alcanzar los GHZ; también son las que más consumen.

Su tensión de alimentación es negativa, con lo que da problemas de conexión con el resto de las familias lógicas.

Clase N°3 18

Familia Lógica ECL

Clase N°3 19

Inversor ECL (Acoplador por Emisor)

Configuración básica: Ventaja : alta velocidad

Desventaja:

-Mayor disipación de potencia,

-Problemas con márgenes de ruido .

- Trabaja con transistores en corte y en zona activa

Clase N°3 20

Familia Lógica CMOS 4000

Clase N°3 21

Familias Lógicas CMOS de alta Velocidad (HC-HCT-HCU)

Clase N°3 22

Familia Lógica CMOS Avanzada (AC-ACT)

Clase N°3 23

Comparación entre Familias Lógicas

Clase N°3 24

Comparación entre Familias Lógicas

Clase N°3 25

Compatibilidad entre TTL y CMOS

Clase N°3 26

Compatibilidad entre TTL y CMOS

Clase N°3 27

Resumen de las características de las diferentes tecnologías

Clase N°3 28

Clase N°3 29

Clase N°3 30

Clasificación de las diferentes familias lógicas en función del tiempo de propagación e impedancia de salida

Clase N°3 31

Familia TTL Diferentes etapas de salida de la lógica TTL

A continuación se muestran la diferentes configuraciones en la etapa de salida de una compuerta. Se distinguen tres tipos:

• Totem-pole

•Con carga resistiva

•En colector abierto

Clase N°3 32

Familias LógicasCompuerta NAND - TTL

En la entrada se utiliza un transistor multiemisor.

a) Si cualquier entrada cae a cero, T1 se satura cortando rápidamente a T2 .Esta acción lleva al corte a T4. Simultáneamente el voltaje de colector de T2 sube, permitiendo que T3 pueda entregar una corriente positiva de salida IL. En este caso Y queda en nivel lógico ALTO, el valor correspondiente de tensión va a depender de R4 y la carga.

T1 sat

T2 corte

T4 corte

A o B=0

“1”

Clase N°3 33

Familias LógicasCompuerta NAND - TTL

b) Cuando A y B suben al nivel “1” (5 V), la base de T1 queda en alrededor de 2 V (VBC1 + VBE2 + VBE4). Se puede considerar que el colector de T1 opera ahora como emisor y el emisor (es) como colector (T1 opera en modo inverso). Esto hace fluir corriente en sentido contrario al habitual en un transistor NPN. Por diseño, el β inverso de T1 es menor que la unidad, por lo que la corriente de colector inversa se mantiene dentro de márgenes apropiados para saturar a T2 sin sobresaturarlo excesivamente.

A y B=“1”

Clase N°3 34

Familias Lógicas

Compuerta NAND - TTL

c) Una vez saturado T2, se observa que la tensión en D no es suficiente (> 0.7 V en Diodo de Silicio) como para hacer fluir corriente de base en T3, por lo tanto T3 queda en estado de corte. Por otro lado, la corriente entregada por T2 saturado, lleva a la saturación a T4. En este caso, Y ≈ 0.2 V.

A y B=“1”

T3 corte

T2 sat

Clase N°3 35

Diferentes estructuras posibles con la Familia TTL

La lógica de esta familia es negada, es decir, está complementada.

Con la familia TTL , sólo podemos generar las siguientes compuertas.

Clase N°3 36

Familia TTL- Compuerta NAND

Deducción de la tabla de verdad de la compuerta:

Clase N°3 37

Familia TTL- Tarea N°1

Deducir la tabla de verdad para los circuitos que se muestran a continuación.

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