Diseño Digital

Práctica No. 1: ESTUDIO DE LAS FAMILIAS LOGICAS TTL Y CMOS.

1.1 Introducción.

Los circuitos integrados digitales son un conjunto de resistencias, diodos y transistores fabricados en una sola pieza de material semiconductor. Este material por lo general silicio, es llamado sustrato y al circuito integrado comúnmente se le llama chip. El chip se encuentra envuelto en un paquete plástico o cerámico protector del que algunas terminales salen de forma tal que el chip pueda ser conectado a otros dispositivos.

La familia TTL es la tecnología que ha sido utilizada por varias décadas pero actualmente se utilizan poco aunque aun se consigue fácilmente en el mercado. La familia ECL presentaba una gran ventaja en sistemas que requerían operar a gran velocidad pero ha sido sustituida por la familia CMOS. MOS se utiliza para circuitos que requieren de una gran densidad de componentes y CMOS se utiliza en sistemas que requieren poco consumo de energía y se ha convertido en la familia predominante en el mercado.

A la fecha, la familia TTL ha tenido gran aceptación en el mercado de los circuitos integrados digitales y regularmente son las primeras con las que el estudiante tiene contacto. Existen cuatro categorías en las que dicha familia ha sido clasificada: TTL estándar (serie 54/74), TTL de alta velocidad (serie 54H74H), TTL de baja potencia (serie 54L/74l) y TTL schottky (serie 54S/74S). A pesar de que las versiones de alta velocidad y baja potencia fueron diseñadas para aplicaciones especificas, las cuatros familias son compatibles y pueden ser interconectadas entre si; a la vez que la gran cantidad de combinaciones velocidad / potencia, permiten al diseñador optimizar todas las secciones de un sistema de acuerdo con las especificaciones de funcionamiento.

Las características más importantes de la versión TTL estándar son:

Características Mínimo Típico Máximo Unidad

VCC(voltaje de alimentación) 4.75 5.00 5.25 V

VOL(voltaje de salida lógica 0) -- -- 0.40 V

VOH(voltaje de salida lógica 1) 2.40 -- -- V

VIL(voltaje de entrada lógica 0) -- -- 0.80 V

VIH(voltaje de entrada lógica 1) 2.00 -- -- V

PD(Potencia disipada promedio/comp.) 2.00 10.00 -- mW

Tpd(Tiempo de propagación) -- 15 -- ns

Fan out -- 10 -- Compuertas

Margen de ruido -- 0.40 -- V

Tabla 0 1. Características de la familia lógica TTL estándar.

Otras de las familias lógicas utilizadas con mucha frecuencia por los diseñadores de circuitos digitales en SSI y MSI es la familia CMOS, lo cual trajo consigo importantes ventajas sobre las demás familias lógicas. CMOS utiliza un rango de tensión de alimentación de 3 a 15 V y la corriente de entrada requerida por compuerta es muy pequeña (máximo 1 pA). Cuenta con dos series: la serie (4000) que no puede suministrar bastante corriente y la serie 54C/74C que esta constituida por pastillas funcionalmente equivalentes a muchas de las compuertas TTL 54/74. Estas compuertas CMOS son aproximadamente el 50% mas rápidas que las de la serie 4000 y pueden tener un “fan out” del doble que el de las compuertas TTL de baja potencia.

La mayor desventaja de la familia CMOS es un tiempo de propagación relativamente alto.

Los parámetros característicos de una compuerta CMOS dependen del voltaje de alimentación VDD que se use.

Algunas características de la familia CMOS se enlistan en la tabla siguiente:

Características Mínimo Típico Máximo Unidad

VDD (Voltaje de alimentación). 3.00 -- 15 V

PD (Potencia disipada promedio /comp.) -- 0.10 -- mW

Tpd (Tiempo de propagación). -- 25 -- ns

Fan out -- 50 -- Compuertas

Margen de ruido -- 3.00 -- V

Tabla 0 2: Características de la familia lógica CMOS.

1.2 Objetivo

Caracterizar una compuerta de la familia TTL.

Caracterizar una compuerta de la familia lógica CMOS.

1.2.1 Objetivos específicos.

Obtener la función de transferencia de la compuerta NOR.

Obtener la corriente de consumo y de entrada de la compuerta.

Realizar la medición del tiempo de propagación.

1.3 Justificación

El caracterizar las familias lógicas TTL y CMOS el cual servirá como estudio y apoyo en las prácticas de laboratorio de electrónica digital.

1.4 Desarrollo de la práctica

Material y equipo empleado

Cantidad Descripción

1 C.I. 74LS02

1 C.I. 4001

1 Diodo IN4148

1 Resistencia de 1KΩ

1 Resistencia de 10KΩ

1 Microinterruptor (1P-1T)

1 Tabla experimental

1 Fuente de alimentación

1 Generador de funciones

1 Multímetro

Desarrollo experimental.

Caracterización del C.I. 7402 (Familia TTL).

• Función de transferencia.

1. Implemente el circuito de la figura 1.1. Asegúrese de que el interruptor SW1 este abierto y el C.I. alimentado.

Figura 0.1: Circuito para la obtención de la función de transferencia de la compuerta NOR.

2. Ajuste el generador para

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