Familia de Compuertas Lógicas

Familia de

Compuertas Lógicas

ABRIL DE 1996

Familia Lógica

Una familia lógica representa un método general de construir los circuitos lógicos de estado sólido. La esencia de la noción de familia lógica es que ella describe que clase de componentes son utilizados y cómo estos componentes se interconectan.

Terminología Digital

Aunque hay muchos fabricantes de circuitos integrados digitales, parte de la nomenclatura y terminología es prácticamente estandarizada. Los términos más útiles se definen y analizan a continuación:

Niveles de corriente y tensión para la entrada y la salida

Son los rangos de voltaje y corriente que deben haber en las entradas y salidas de los circuitos digitales a fin de garantizar el buen funcionamiento del mismo, estos son:

• Voltaje de entrada de alto nivel (VIH): Es el nivel de tensión que se requiere para un uno “1” lógico en una entrada. Cualquier otro voltaje por debajo de este no será aceptado como alto por el circuito lógico.

• Voltaje de entrada de bajo nivel (VIL): Es el nivel de tensión que se necesita para obtener un cero “0” lógico en una entrada. Cualquier valor sobre este nivel no será aceptado como bajo en el circuito lógico.

• Voltaje de salida de alto nivel (VOH): Es el nivel de tensión en la salida de un circuito lógico que representa el estado uno “1” lógico.

• Voltaje de salida de bajo nivel (VOL): Es el nivel de tensión en la salida de un circuito lógico que representa el estado

cero “0” lógico.

• Corriente de entrada de alto nivel (IIH): Corriente que fluye en una entrada cuando se aplica un voltaje de alto nivel especificado a dicha entrada.

• Corriente de entrada de bajo nivel (IIL): Corriente que fluye en una entrada cuando se aplica un voltaje de bajo nivel especificado a dicha entrada.

• Corriente de salida de alto nivel (IOH): Corriente que fluye desde una salida en el estado uno “1” lógico en condiciones de carga especificadas.

• Corriente de salida de bajo nivel (IOL): Corriente que fluye a partir de una salida en el estado cero “0” lógico en condiciones de carga especificadas.

Capacidad de Salida

El factor de carga (fan out), se define como el número máximo de entradas lógicas que una salida lógica puede alimentar con exactitud. Si el número de entradas es excedido, los voltajes del nivel lógico de salida no se pueden garantizar.

Para determinar cuántas entradas diferentes puede manejar la salida de un circuito integrado, se necesita saber la capacidad de corriente de salida máxima IOL e IOH de la salida del circuito integrado que alimentara junto con los requerimientos de corrientes de entrada máxima IIL e IIH del circuito integrado que será alimentado. Esta información se ubica en las hojas de especificaciones (Data Sheet) del fabricante del circuito integrado.

El factor de carga se denota por la letra “n” y se calcula usando las formulas:

n = IOL / IIL para el estado bajo.

n = IOH / IIH para el estado alto.

Tomando como factor de carga el menor de los

dos n calculados.

Demoras en la propagación

Una señal lógica siempre experimenta una demora al recorrer un circuito. Los dos tiempos de retraso de propagación se definen como los siguientes:

• Tiempo de transición del estado lógico cero al uno lógico, de bajo a alto, (tPLH).

• Tiempo de transición del estado lógico uno al cero lógico, de alto a bajo, (tPHL).

• Tiempo de retardo promedio (tP), es el promedio entre tPLH y tPHL .

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Figura 1

En términos generales, tPHL y tPLH no son el mismo valor y ambos variarán según las condiciones de carga. Los valores de los tiempos de propagación se utilizan como una medida de la velocidad relativa de los circuitos lógicos.

Nótese que tPHL es la demora en la respuesta de la salida cuando pasa de alto a bajo. Se mide entre los puntos del 50% en las transiciones de entrada y de salida. El valor tPLH es el retraso en la respuesta de la salida cuando pasa de bajo a alto.

Requisitos de energía

Todos los circuitos integrados requieren de cierta cantidad de energía eléctrica para poder funcionar. Esta energía es abastecida por uno o más fuentes conectadas a los terminales (pin) de energía de los circuitos integrados. Generalmente sólo hay un terminal de suministro de energía en el integrado, y se denota como Vcc para los TTL.

La cantidad de energía que requiere un circuito integrado se especifica por lo general en términos de la corriente, ICC, que extrae de la fuente de suministro Vcc, y la energía real es el producto de ICC x VCC. Para muchos circuitos integrados

el consumo de corriente de la fuente de suministro variará según los estados lógicos de los circuitos.

Para determinar la energía consumida por los circuitos integrados, dependiendo de sus estados lógicos, es decir si sus salidas están en estado alto o bajo, se toma un promedio de la corriente para ambos casos donde:

ICC(prom) = (ICCH + ICCL) / 2

Entonces el promedio de energía consumida para cualquiera de los dos casos es:

PD = ICC(prom) * VCC

Inmunidad al ruido

Los campos magnéticos parásitos pueden inducir voltajes en los alambres de conexión entre los circuitos lógicos. Estas señales parásitas no deseadas se denominan ruidos y algunas veces pueden ocasionar que el voltaje en la entrada de un circuito lógico caiga por debajo de VIH(mín.) o exceder a VIL(máx.), lo cual podría producir una operación poco confiable. La inmunidad al ruido en un circuito lógico designa la capacidad del circuito para tolerar voltajes ruidosos en sus entradas. A una medida cuantitativa de inmunidad al ruido se

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