Introducción a las compuertas lógicas
Enviado por CHICO AGUAYO CARLOS ANDRES • 19 de Marzo de 2023 • Ensayos • 1.801 Palabras (8 Páginas) • 26 Visitas
3.- COMPUERTAS LOGICAS
3.1.- Introducción a las compuertas lógicas.
La negación (NOT), la conjunción (AND) y la disyunción (OR) utilizados en la Lógica de Proposiciones pueden ser implementados en un PLC (controlador lógico programable), con programación en escalera y por supuesto con circuitos electrónicos. De la misma forma, cualquier expresión compuesta por una combinación de estos operadores se puede realizar físicamente.
Los circuitos que realizan estas funciones tienen terminales de entrada, en las que se colocan las variables independientes de la función y terminales de salida, en las que se observan las funciones dependientes de esas variables de entrada. Los valores que en Lógica de Proposiciones son VERDADERO o FALSO se interpretan con niveles de voltaje utilizados, que se representan con 1 y 0 en los circuitos electrónicos.
A los circuitos electrónicos que se utilizan para realizar los conectivos lógicos básicos, se les denomina Compuertas Lógicas, o Compuertas Digitales, y se distinguen con símbolos característicos que permiten representar circuitos o funciones más complejas. Es común referirse a ellas simplemente con el nombre de compuertas.
Generalmente las compuertas se construyen en circuitos integrados (CI). Estas compuertas se clasifican por su operación lógica y por la familia de circuitos lógicos a las cuales pertenecen. Además, al incluir varias compuertas en cierto orden, se forman funciones lógicas y estas a su vez pueden formar bloques de circuitos que, según la cantidad de estos en un CI, se tienen diferentes niveles de integración.
3.1.1.- Familias lógicas
Cada familia lógica tiene su propio circuito electrónico básico. Los componentes electrónicos que se emplean en la construcción del circuito básico se utilizan para nombrar a la familia lógica, como algunas de ellas que se mencionan a continuación:
ECL Lógica de Emisor Acoplado
ITL Lógica de Inyección Integrada
MOS Semiconductor de Oxido Metálico
CMOS Semiconductor Complementario de Oxido Metálico
TTL Lógica de Transistor Transistor
HTTL Alta velocidad TTL
LPTTL Baja potencia TTL
STTL Schottky TTL
En todos los tipos de compuertas lógicas, los niveles lógicos O y 1, se manejan con diferentes voltajes. Por ejemplo en la familia TTL, el nivel lógico O puede variar entre 0.0V y 0.8V y el nivel lógico 1 puede variar entre los 2V y SV, considerándose la región intermedia (entre 0.8V y 2V ) como una región de incertidumbre.
Las diferentes familias TTL pueden ser mezcladas para optimizar el sistema, por ejemplo, ALS podría ser usado comúnmente para circuitos de velocidad no crítica para minimizar el consumo de potencia, mientras que FAST TTL podría ser usado en circuitos de alta frecuencia.
Todas las familias lógicas incrementan el consumo de potencia a altas frecuencias con excepción de ECL. La familia TTL es más eficiente a altas frecuencias que CMOS.
Existen varios tipos de compuertas lógicas, de las cuales cada una tiene sus características principales, su tabla de verdad, y sobre todo se tiene que tomar en cuenta que estas compuertas obedecen perfectamente las leyes del álgebra booleana. Se debe tomar en cuenta que una suma booleana, es muy diferente de una suma normal, o sea que para construir un sumador normal, se tienen que conjuntar varios circuitos de suma y multiplicación booleana.
3.1.2. Escalas de integración de los circuitos lógicos
Los CI digitales suelen clasificarse según la complejidad de sus circuitos, la cual se mide por el número de compuertas lógicas incluidas en el paquete.
Los dispositivos de integración a pequeña escala (SSI, small-scale integration) contienen varias compuertas independientes en un solo paquete. Las entradas y salidas de las compuertas se conectan directamente a las terminales del paquete. El número de compuertas suele ser menor que 10 y está limitado por el número de terminales con que cuenta el CI.
Los dispositivos de integración a mediana escala (MSI, medium-scale integration) tienen una complejidad de entre 10 y 1000 compuertas en un solo paquete. Por lo regular, efectúan operaciones digitales elementales específicas.
Los dispositivos de integración a gran escala (LSI, large-scale integration) contienen miles de compuertas en un solo paquete. Incluyen sistemas digitales como procesadores, chips de memoria y dispositivos de lógica programable.
Los dispositivos de integración a muy grande escala (VLSI, very large-scale integration) contienen cientos de miles de compuertas en un solo paquete. Como ejemplo están los microprocesadores complejos.
3.1.3 – Características eléctricas de las compuertas lógicas.
Para que usemos correctamente una compuerta lógica debemos entender y manejar algunos conceptos básicos, independientemente del tipo de tecnología usado. Dichos conceptos se presentan a continuación.
El abanico de entrada (fan-in) es el número de entradas con que cuenta la compuerta. El abanico de salida (fan-out) especifica el número de cargas estándar que la salida de una compuerta representativa es capaz de alimentar sin merma de su funcionamiento normal. La carga estándar por lo regular se define como la cantidad de corriente que requiere en una de sus entradas otra compuerta similar de la misma familia.
La disipación de potencia, 𝑃𝐷, es el producto de la tensión de alimentación continua y de la corriente media de alimentación. Normalmente, la corriente de alimentación cuando la salida de la puerta está a nivel BAJO es mayor que cuando la salida de la puerta está a nivel ALTO. Las hojas de características del fabricante especifican la corriente de alimentación para el estado de salida BAJO como 𝐼𝐶𝐶𝐿 y para el estado ALTO como 𝐼𝐶𝐶𝐻.
El retardo de propagación es el tiempo medio de transición que la señal tarda al propagarse de la entrada a la salida. La velocidad de operación es inversamente proporcional al retardo de propagación.
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