FAMILIA DE MICROPROCESADORES TTL
Las características de la tecnología utilizada, en la familia TTL (Transistor, Transistor Logic), condiciona los parámetros que se describen en sus hojas de caracteristicas según el fabricante, (aunque es estándar), la resumiré en sólo algunas como que:
Su tensión de alimentación caracteristica 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 baza, ciertamente esta caracteristica 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 mas 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.
OTRAS CARACTERISTICAS TTLDebemos 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 actue como un 1 lógico, pero lo más conveniente sería conectarlas a +5V a través de una resistencia de 1k 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 una 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
FAMILIA DE MICROPROCESADORES 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 margenes 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 utlizados en medios con mucho más ruido. Los margenes 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 sera 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 grande (1012 ) que casi no consume corriente. Pero debido a su capacitancia de entrada se limita el número de entradas CMOS que se pueden manejar con una sola salida CMOS. Así pues, el factor de carga de CMOS depende del máximo retardo permisible en la propagación. Comunmente este factor de carga es de 50 para bajas frecuencias, para altas frecuencias el factor de carga disminuye.
Los valores de velocidad de conmutación dependen del voltaje de alimentación que se emplee, por ejemplo en una 4000 el tiempo de propagación es de 50 ns para VDD = 5 V y 25ns para VDD = 10 V. Como podemos ver mientras VDD sea mayor podemos operar en frecuencias más elevadas.
Hay otras características muy importante que tenemos que considerar siempre, las entradas CMOS nunca deben dejarse desconectadas, todas tienen que estar conectadas a un nivel fijo de voltaje, esto es por que los CMOS son, al igual que los MOS muy susceptibles a cargas electrostáticas y ruido que podrían dañar los dispositivos.
Características de la familia CMOS.
La tecnología MOS (Metal Oxido Semiconductor) deriva su nombre de la estructura básica MOS de un electrodo metálico montado en un aislador de óxido sobre un subestrato semiconductor. Los transistores de la tecnología MOS son transistores de campo denominados MOSFET. La mayoría de los CI digitales MOS se construyen exclusivamente con MOSFET.
- Características principales.
- voltaje de alimentación
Las series 4000 y 74C funcionan con valores de VDD que van de 3 a 15V, por lo que la regulación de voltaje no es un aspecto crítico. Las series 74HC y 74HCT funcionan con voltajes de 2 a 6 V.
- niveles de voltaje
Cuando las salidas CMOS manejan solo entradas CMOS, los niveles de voltaje de la salida pueden estar muy cercanos a 0V para el estado bajo, y a VDD para el estado alto.
- velocidad de operación
Una compuerta NAND N-MOS común tiene un tiempo de retardo de 50 ns. Esto se debe principalmente a la resistencia de salida relativamente alta (100k) y la carga capacitiva representada por las entradas de los circuitos lógicos manejados.
- margen de ruido
Normalmente, los márgenes de ruido N-MOS están alrededor de 1.5V cuando operan desde VDD = 5 V, y serán proporcionalmente mayores para valores más grandes de VDD.
- factor de carga
Para circuitos operando en DC o de baja frecuencia, las capacidades del factor de carga son virtualmente ilimitadas. Sin embrago, para frecuencias mayores de 100 kHz, se observa un deterioro del factor de carga - siendo del orden de 50, lo que es un tanto mejor que en las familias TTL.
- consumo de potencia
Los CI MOS consumen pequeñas cantidades de potencia debido a las resistencias relativamente grandes que utilizan. A manera de ejemplo, se muestra la disipación de potencia del INVERSOR N-MOS en sus dos estados de operación.
PD = 5V x 0.05nA = 0.25 nW
PD = 5V x 50A = 0.25mW
- complejidad del proceso
La lógica MOS es la familia lógica más simple de fabricar ya que utiliza un solo elemento básico, el transistor N-MOS (o bien el P-MOS), por lo que no requiere de otros elementos como diodos o resistencias (como el CI TTL).
- Susceptibilidad a la carga estática
Las familias lógicas MOS son especialmente susceptibles a daños por carga electrostática. Esto es consecuencia directa de la alta impedancia de entrada de estos CI. Una pequeña carga electrostática que circule por estas altas impedancias puede dar origen a voltajes peligrosos. La mayoría de los nuevos dispositivos CMOS están protegidos contra daño por carga estática mediante la inclusión en sus entradas de un diodo zener de protección. Estos diodos están diseñados para conducir y limitar la magnitud del voltaje de entrada a niveles muy inferiores a los necesarios para hacer daño.
Las principales series CMOS son:
serie 4000/14000
serie 74C
serie 74HC (CMOS de alta velocidad)
serie 74HCT
Diferencias entre las familias TTL y CMOS.
