El presente trabajo esta hecho con la finalidad de comprender en líneas generales el funcionamiento de las familias lógicas, para ello es bueno comprender que desde el comienzo, el proceso de miniaturización de la electrónica, iniciado en la década de los 50 con la utilización del transistor, continuó con un segundo salto cualitativo en la década siguiente (años 60) mediante la integración de sub circuitos completos en un mismo substrato de silicio ( chip): sub circuitos correspondientes a módulos digitales tales como puertas booleanas, biestables o bloques combinacionales o secuenciales.
Hay muchas familias lógicas de circuitos integrados digitales que han sido introducidos comercialmente, las más populares son:
1. TTL: Lógicas de transistores (Transistor-transistor logic)
2. ECL: Lógica de acoplamiento de emisor (emitter-coupled logic)
3. MOS: Semiconductor de óxido de metal (Metal-oxide semiconductor)
4. CMOS: Semiconductor de oxido de metal complementario (Complementary metal-oxide semiconductor)
5. I2L: Lógica de inyección integrada (Integrated-injection logic)
De entre las familias de validez actual hemos seleccionado la TTL (Lógica Transistor - Transistor) como ejemplo de lógica saturada en tecnología bipolar, la ECL (Lógica de Emisores Acoplados), como familia rápida de lógica no saturada en tecnología bipolar y la CMOS (MOS-complementario) como familia representativa de la tecnología MOS. Existen otras familias, como HTL (Lógica de Alto Umbral), para aplicaciones industriales que deben trabajar en entornos ruidosos, y la I2L (Lógica de Inyección).
LOGICA DE INYECCIÓN INTEGRADA
La lógica de inyección integrada (en inglés integrated injection logic, IIL, I2L o I2L) es una familia de circuitos digitales construidos con transistores de juntura bipolar de colector múltiple (BJT). Cuando se introdujo su velocidad era comparable a los TTL además de que casi eran de tan baja potencia como los CMOS, Volviéndose ideal para su uso en circuitos integrados VLSI. Aunque los niveles lógicos son muy cercanos entre sí (Alto: 0.7 V, Bajo: 0.2 V), I2L tenía una alta inmunidad al ruido debido a que operaba por corriente en vez de voltaje.
OPERACIÓN
El corazón de un circuito I2L es el inversor de colector abierto y emisor común. Típicamente, un inversor consiste en un transistor NPN con el emisor conectado a tierra y la base alimentada por una corriente entrante. La entrada se suple por la base ya sea por una corriente aplicada (nivel lógico bajo) o una condición de alta impedancia (alto nivel lógico). La salida de un inversor es el colector. Además, el colector puede ser un puente que podría ir a tierra (nivel lógico bajo) o una condición de alta impedancia (nivel lógico alto)
Para entender cómo opera el inversor, es necesario entender el flujo de corriente, Si la corriente que alimenta es desviada a tierra (nivel lógico bajo), el transistor se apaga y el colector se queda abierto (nivel lógico alto). Si la corriente aplicada no esta desviada a tierra debido a que la entrada está en alta impedancia (nivel lógico alto), la corriente aplicada fluye a través del transistor al emisor, conmutando al transistor, y permitiendo entrar a la corriente por la salida del inversor (nivel lógico bajo), esto hace que la salida del inversor únicamente deje entrar la corriente o ponerse en alta impedancia pero no será una fuente de corriente. Esto vuelve seguro conectar las salidas de inversores múltiples juntos para formar una compuerta AND. Cuando las salidas de dos inversores están alambradas, el resultado es un compuerta NOR de dos entradas debido a que la configuración (NOT A) AND (NOT B) es equivalente a NOT (A OR B).
LÓGICA DE TRANSISTOR-TRANSISTOR TTL
El circuito lógico de saturación más rápida es el de la puerta lógica transistor - transistor o TTL. Esta familia está sustituyendo rápidamente a las DTL debido a que, como veremos más adelante, tiene mejor inmunidad al ruido, menor retraso de propagación y permite más funciones. Pero, ambas lógicas, son compatibles en un mismo sistema electrónico digital.
Al tratar de disminuir la capacidad parásita, existente en las DTL, se originaron una serie de cambios en la configuración de los semiconductores que componen la 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.
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.
CARACTERISTICAS
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.
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.
Puertas TTL básicas
El transistor Q1 es el multiemisor que responde a cambios de niveles lógicos en las entradas, realizando la función de un conmutador que suministra corriente a la base de Q2 en unos casos, y en otros retira la carga almacenada en la base de Q2 y la capacidad existente entre el colector de Q1 y el substrato. La tensión en la base del transistor Q1 no excederá de 2,1 voltios, ya que si se ve el circuito desde la base de Q1 a masa consta de tres uniones: base - colector de Q1, base - emisor de Q2 y Q3. Si las tensiones que aplicamos a los emisores de Q1 fueran un nivel alto, el transistor Q4 estará a corte, porque la tensión de colector del transistor es insuficiente para hacer conducir a la unión base-emisor de Q4 en serie con D. El transistor Q3 estará saturado, dependiendo de la carga que tenga la puerta. En esta situación, Q1 está funcionando en modo inverso, es decir, la unión base permanece polarizada directamente, mientras que la base lo hace inversamente.
Una de las ventajas de las TTL es su rapidez. Veamos cómo influye el transistor multiemisor en este aspecto. En la situación presentada anteriormente, Q2 estaba saturado teniendo, por tanto, cargas almacenadas en su base. Por otra parte, la capacidad parásita de colector de Q1 a substrato estará cargada a un cierto potencial. Supongamos que provocamos una transición de un nivel alto a uno bajo en los emisores de Q1, que pasarán a tener una tensión baja, por lo que la unión base-emisor de Q1 queda polarizada en sentido directo, con lo que se provoca el paso de una considerable corriente de colector en Q1 que, rápidamente, descarga a la capacidad parásita y retira las cargas almacenadas en la base de Q2, pasándolo a corte en un tiempo muy pequeño. Una vez almacenada esta situación, Q1 permanece conduciendo una pequeñísima corriente por su colector.
LAS SUBFAMILIAS TTL
Dentro de la familia lógica TTL existen diversas modificaciones sobre su circuito básico que nos permitirán introducir algunas mejoras, las cuales serán de aplicación en los distintos circuitos digitales que se desarrollan en el mercado.
Podemos distinguir, principalmente, varias subfamilias:
- TTL alta velocidad o HTTL.
- TTL baja disipación o LPTTL.
- TTL Schottky o STTL.
- TTL Schottky de baja disipación o LPSTTL.
- TTL Schottky avanzada o ASTTL.
CONCLUSIÓN
En conclusión los diseñadores de circuitos integrados solucionan los problemas que se plantean en la integración, esencialmente, con el uso de transistores. Esto determina las tecnologías de integración que, actualmente, existen y se deben a dos tipos de transistores que toleran dicha integración: los bipolares y los CMOS y sus variantes.
Tecnología TTL: Lógica de Transistor a Transistor. Esta tecnología, hace uso de resistencias, diodos y transistores bipolares para obtener funciones lógicas estándar.
En conclusión los diseñadores de circuitos integrados solucionan los problemas que se plantean en la integración, esencialmente, con el uso de transistores. Esto determina las tecnologías de integración que, actualmente, existen y se deben a dos tipos de transistores que toleran dicha integración: los bipolares y los CMOS y sus variantes.
Tecnología TTL: Lógica de Transistor a Transistor. Esta tecnología, hace uso de resistencias, diodos y transistores bipolares para obtener funciones lógicas estándar.
Tecnología CMOS: Lógica MOS Complementaria. Esta tecnología, hace uso básicamente de transistores de efecto de campo NMOS Y PMOS.
PARA MAS INFORMACION VISITA LAS SIGUIENTES PAGINAS WEB:
http://es.scribd.com/doc/11407914/Electronica-Basica-para-Ingenieros
http://books.google.com/booksid=bmLuH0CsIh0C&printsec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
http://books.google.co.ve/books?id=Jadk9JigJs4C&pg=PA579&dq=Circuitos+digitales+integradosLogica+de+inyeccion+integrada&hl=es&ei=ZwTMTrerMZHBtgeZqbxU&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CDEQ6AEwAA#v=onepage&q=Logica%20de%20inyeccion%20integrada&f=false
http://www.angelfire.com/la/SEMICONDUCTORES/fla.html
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