Trabajo Simplificación de Álgebra de boole Compuertas Lógicas

Diapositivas de la exposicion de Familias Logicas

FAMILIAS LOGICAS.

Los Circuito Integrados son una pieza o cápsula que generalmente es de silicio o de algún otro material semiconductor, que utilizando las propiedades de los semiconductores, es capaz de hacer las funciones realizadas por la unión en un circuito, de varios componentes electrónicos, como: resistencias, condensadores, transistores, etc.

Los circuitos integrados (CI’s), se pueden clasificar en: analógicos y digitales; en este trabajo se describen circuitos integrados digitales. Estos funcionan con base en la lógica digital o álgebra de Boole, donde cada operación de esta lógica, es representada en electrónica digital por una compuerta o puerta lógica.

También estos CI ́s se pueden clasificar según su nivel de integración o complejidad por el número de puertas que contiene, en:

 SSI ( pequeña escala de integración) : menor de 10 puertas.
 MSI ( media escala de integración) : entre 10 y 100 puertas.
 LSI ( gran escala de integración) : entre 100 y 10.000 puertas.
 VLSI ( muy gran escala de integración) : entre 10.000 puertas y 100.000.
 ULSI (Ultra grande escala de integración: mas de 100.000 puertas.

Por lo tanto, en la actualidad, los diferentes fabricantes de estos chip han desarrollado familias lógicas de dispositivos digitales que representan los estados lógicos, el 0 y el 1, por medio de parámetros eléctricos. En donde se definen propiedades de operación como: Niveles de tensión y corriente, Inmunidad al ruido, Disipación de potencia, Retardos de propagación, Fan-out, entre otros.

¿Qué es una familia Lógica.?
Por lo tanto y según el material de apoyo: “Una familias lógica, es un conjunto de CI ́s compatibles entre si, que se alimentan con el mismo voltaje, entienden los mismos niveles lógicos. Como consecuencia, las salidas de las puertas pueden conectarse directamente a las entradas de otras puertas de la misma familia sin problema alguno de adaptación o comunicación entre si”. Como se describe en este concepto una familia lógica va ha estar determinada por el tipo de componente con que está construido y la estructura básica con que se construyen las puertas lógicas , así como sus valores (ya que si cambiamos estos valores, pasaremos a otra familia diferente).

Características de las familias lógicas.

 Esquema y comportamiento circuital de su puerta básica.
 Tensión de alimentación.
 Tensiones e intensidades Vo, Io, Vi, Ii, para ambos valores booleanos.
 Velocidad de trabajo.
 Consumo.
 Intervalo de temperaturas.
 Conectividad (fan-out, fan-in y flexibilidad de entradas y salidas).
 Costo.
 Otra característica de particular importancia, el comportamiento frente al «ruido electromagnético».

Tipos de Familias Lógicas.
Dependiendo del diseño y el montaje del sistema digital, el tipo de transistor u otro componente electrónico utilizado, se tienen dos tipos de familias lógicas, generalmente el tipo de componente utilizado en la construcción del circuito lleva el nombre de la tecnología utilizada, y cada familia está formada por subfamilias, entre estas tenemos:

 Familias bipolares.- Emplean transistores bipolares (BJT), resistencias y diodos, es decir, dispositivos de unión. Las familias bipolares más representativas son las familias TTL y ECL.
 Familias MOSFET.- Emplean transistores MOSFET, es decir, transistores de efecto campo. La familias MOS más representativas son las familias NMOS, PMOS y CMOS.

Cada una de las familias está formada por subfamilias, y van a tener una serie de parámetros cuyos valores van a ser más o menos fijos. Difieren una de otras en las prestaciones que ofrecen, cada una por separado tiene una serie de ventajas e inconvenientes respecto a las otras. Hay que tener en cuenta, que por lo general, la mejora de una característica va en perjuicio de otra. La idoneidad de cada familia, depende de la aplicación que queramos realizar con ella y que es lo que interesa más (menor consumo, más velocidad de respuesta, etc.) Por ejemplo, los circuitos digitales necesitan una gran rapidez de respuesta a la salida ante un cambio en sus entradas, un ejemplo claro son los convertidores A/D (analógico/digital) o D/A. Por el contrario, un circuito que deba estar funcionando durante un periodo largo y alimentado por baterías, su principal característica deberá ser el bajo consumo.

La familia Lógicas Bipolares:
Los CI ́s están hechos a base de transistores de unión bipolar (BJT). Siendo las más notables las siguientes:
 Lógica Resistencia-Transistor (RTL).
 Diodo-Transistor (DTL).
 Transistor-Transistor (TTL).
 Emisor Acoplado (ECL).
 Alto Umbral de Ruido (HTL).
 Inyección Integrada (I2L).

Las dos primeras (RTL, DTL) están hoy en día obsoletas. La TTL es la más utilizada a nivel de circuitos SSI y MSI. En cuanto a ECL, es la más rápida y por eso se emplea (en muy contadas ocasiones), cuando se requieren aplicaciones de alta velocidad de respuesta sin tener en cuenta el precio o el consumo. En cuanto a la I2L, comercialmente no dispone de circuitos de propósito general; sí en cambio, circuitos LSI y VLSI debido a la alta densidad de integración que permite esta familia. Por último, basta decir que la HTL tiene una alta inmunidad al ruido, siendo muy apropiada para ser utilizadas en ambientes industriales hostiles (con muchas posibilidades de existencia de ruidos y de niveles altos).

La Familia MOS:
Los CI ́s están hechos a base de transistores de efecto de campo (MOSFET). Las principales son:
 Lógica MOSFET de canal n (nMOS).
 Lógica MOSFET de canal p (pMOS).
 Lógica de Simetría Complementaria (CMOS).

La familia PMOS está anticuada en la actualidad. En cuanto a la NMOS es la más utilizada en circuitos LSI y VLSI, empleados para microprocesadores y memorias. Por su parte la familia CMOS, (Complementary Metal Oxide Semiconductor o combinación de NMOS y CMOS), debido a su bajo consumo es idónea para utilizarla en equipos a baterías, como por ejemplo las calculadoras de bolsillo. Cada familia lógica tiene un circuito electrónico básico (puerta NAND, NOR, NOT), mediante o partir del cual se desarrollan funciones y circuitos digitales más complejos. Como puede verse, existen una gran diversidad de tecnologías digitales a nivel de bloques funcionales estándar (puertas, decodificadores, sumadores, contadores, etc), destacando la TTL y la CMOS.

Diferencias entre las familias CMOS y TTL. Las diferencias más importantes entre ambas familias son:

a.-) En la fabricación de los circuitos integrados se usan transistores bipolares para el TTL y transistores MOSFET para la tecnología CMOS.
b.-) Los CMOS requieren de mucho menos espacio (área en el CI) debido a lo compacto de los transistores MOSFET. Además debido a su alta densidad de integración, los CMOS están superando a los CI bipolares en el área de integración a gran escala, en LSI – memorias grandes, CI de calculadora, microprocesadores, así como VLSI.
c.-) Los circuitos integrados CMOS es de menor consumo de potencia que los TTL.
d.-) Los CMOS son más lentos en cuanto a velocidad de operación que los TTL.
e.-) Los CMOS tienen una mayor inmunidad al ruido que los TTL.
f.-) Los CMOS presenta un mayor intervalo de voltaje y un factor de carga más elevado que los TTL. En resumen podemos decir que: TTL: diseñada para una alta velocidad. CMOS: diseñada para un bajo consumo. Actualmente dentro de estas dos familias se han creado otras, que intentan conseguir lo mejor de ambas: un bajo consumo y una alta velocidad. La familia lógica ECL se encuentra a caballo entre la TTL y la CMOS. Esta familia nació como un intento de conseguir la rapidez de TTL y el bajo consumo de CMOS, pero en raras ocasiones es empleada.

Ventajas de CMOS sobre las TTL
La lógica CMOS ha emprendido un crecimiento constante en el área de la MSI, principalmente a expensas de la TTL, con la que compite directamente. El proceso de fabricación de CMOS es más simple que el TTL y tiene una mayor densidad de integración, lo que permite que se tengan más circuitos en un área determinada de sustrato y reduce el costo por función. La gran ventaja de los CMOS es que utilizan solamente una fracción de la potencia que se necesita para la serie TTL de baja potencia (74L00), adaptándose de una forma ideal a aplicaciones que utilizan la potencia de una batería o con soporte en una batería. El inconveniente de la familia CMOS es que es más lenta que la familia TTL, aunque la nueva serie CMOS de alta velocidad “HCMOS” (SERIES HC y HCT), que vio la luz en 1983, puede competir con las series bipolares avanzadas en cuanto a velocidad y disponibilidad de corriente, y con un consumo menor, con las series 74 y 74LS.

Tambien puedes descargar el trabajo:

Bienvenidos FAMILIAS LOGICAS PSM MATURÍN EDO MONAGAS!

En ingeniería electrónica, se puede referir a uno de dos conceptos relacionados: una familia lógica de dispositivos circuitos integrados digitales monolíticos, es un grupo de puertas lógicas (o compuertas) construidas usando uno de varios diseños diferentes, usualmente con niveles lógicos compatibles y características de fuente de poder dentro de una familia. Muchas familias lógicas fueron producidas como componentes individuales, cada uno conteniendo una o algunas funciones básicas relacionadas, las cuales se podrían ser utilizadas como “construcción de bloques” para crear sistemas o como por así llamarlo “pegamento” para interconectar circuitos integrados más complejos.