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Circuitos Integrados

Circuitos Integrados

• Los circuitos electrónicos digitales que se diseñan actualmente son muy complejos y, por tanto, requerirían cientos, e incluso miles de resistencias, diodos y transistores, lo cuál no solo haría difícil su diseño sino también su fabricación, lo cual repercutiría muy negativamente en los costos finales.

Ventajas de Circuitos Integrados

• Precio Reducido• Bajo Consumo Energético• Pequeñas dimensiones en la placa de circuito• Fácil Almacenamiento• Alta Fiabilidad

Clasificación por Integración

• SSI Small Scale Integration• MSI Medium Scale Integration• LSI Large Scale Integration• VLSI Very Large Scale Integration• ULSI Ultra Large Scale Integration• GSI Giga Scale Integration

SSI

• Small Scale Integration– Integración a Pequeña Escala– 2 a 99 componentes– Puertas Lógicas u Operadores lógicos

combinatorios básicos.– FlipFlops más sencillos u operadores secuenciales

básicos.

MSI

• Medium Scale Integration– Componentes Integrados por chip 100-999– Funciones lógicas de cierta complejidad:

codificadores, registros y operaciones aritméticas.

LSI

• Large Scale Integration– Integración a gran escala– 1000 – 9999 componentes por chip– ALU (Unidad Aritmética Lógica)– Memorias, microprocesadores que contienen

elementos de cálculo y control de computadoras.

VLSI

• Very Large Scale Integration– Integración a muy grande escala– 10mil a 99999 componentes por chip– Sistemas Lógicos complejos– Realiza las funciones de procesador, de memoria y

de entrada/salida de ordenador

ULSI

• Ultra Large Scale Integration– Integración de Ultra gran escala– 100mil a 999,999 componentes por chip– Procesadores y microprocesadores

GSI

• Giga Scale Integration– Integración a Escala masiva– Más de un millón de componentes por Chip– Circuitos integrados de máxima complejidad– Procesadores y microprocesadores digitales

Circuitos IntegradosDigitales por Familia

• Las familias lógicas más importantes son:– RTL = Resistor Transistor Logic– DTL = Diode Transistor Logic– TTL = Transistor Transistor Lógic– HLL = High Level Logic– ECL = Emitter Coupled Logic– CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor– I2L = Integrated Injection Logic– HTL = High Threshold Logic

Se dividen en Familias por:

• Características técnicas diferenciales– Tiempo de propagación– Potencia de disipación– Inmunidad de ruido

TTL

• TTL Estándar• TTL High Speed• TTL Schottky• TTL Low Power• TTL Low Power Schottky• TTL Advanced Low Power Schottky• TTL Fairchild Advanced Schottky

ECL

• 8ns ECL• 4ns ECL• 2ns ECL• 1ns ECL

CMOS

• LOCMOS (Local Oxydation Complementary Metal Oxide Semiconductor)

• SOSMOS(Silicon On Sapphire Metal Oxide Semiconductor)

• HCMOS(High Complementary Metal Oxid Semiconductor)

RTL (Resistor Transistor Logic)

• Los Primeros circuitos integrados digitales se diseñaron basándose en puertas lógicas realizadas con componentes discretos(resistencias y transistores).

• La función NOR es la más simple de diseñarse con RTL.

• Máxima frecuencia es de 5MHz.

DTL (Diode Transistor Logic)

• Lógica Diodo Transistor• La puerta NAND es la más sencilla de diseñar.• Tiempos de propagación por puertas de 25ns.• FlipFlops a 10MHz.

TTL Standard(Transistor Transistor Logic)

• Funcionan con una tensión de alimentación de 5V +-5%• Temperaturas entre 0 y 70 °C• Compatible con subfamilias TTL.• Compatible con DTL• Retraso típico de 9ns• Fan-out es de 10.• Margen de niveles de ruido alto y bajo es de 400mV.• Frecuencia Máxima 35MHz.• Potencia máxima de Disipación es de 100mW.

TTL Standard(Transistor Transistor Logic)

Nivel Entradas Salida

Bajo VIL = 0,8V VOL=0,4V

Alto VIH=2,0V VOH=2,4V

IL = Input Low(Entrada de nivel bajo)IH=Input High (Entrada de nivel alto)OL = Ouput Low (Salida de nivel bajo)OH = Ouput High(Salida de nivel alto)

TTL High Speed

• TTL de alta velocidad– Las resistencias integradas tienen valores más

majos, corrientes más elevadas y mejor tiempo de propagación.

– Las puertas van precedidas por diodos integrados.– El circuito de salida lo forman 3 transistores.

TTL High Speed

• Tiempo de propagación menor que TTL Standard

• Potencia de disipación mayor.• Margen de Ruido es de 400mV.• Frecuencia de hasta 50MHz.

TTL High SpeedNivel Entradas Salida




TTL Schottky

• Se dispone de un diodo tipo Schottky entre base y colector de cada uno de los transistores que componen el circuito integrado.

• Los diodos Schottky están formados por la unión de un metal con un cristal semiconductor.

• Hasta 125 MHz de frecuencia.• Propagación es de 3ns.• Margen de ruido es de 400mV.

TTL SchottkyNivel Entradas Salida




TTL Low Power

• Diseño idéntico a al de la subfamilia TTL Standard, pero con incremento en el valor de las resistencias integradas, lo cual reduce el valor de las intensidades de circuito.

• Potencia de disipación 1mW por puerta.• Tiempo de propagación 33ns.• Frecuencia Máxima 3MHz.

TTL Low Power Schottky

• Mínimo consumo de potencia sin afectar tiempo de propagación.

• Tiempo de propagación 8ns.• Potencia de disipación de 2mW.• Frecuencia 35MHz.

TTL Low Power SchottkyNivel Entradas Salida




TTL Advanced Low Power Schottky

• Es una mejora de la subfamilia TTL Low Power Schottky

• Tiempo de Propagación 5ns• Potencia de Disipación 1mW• Frecuencia 35MHz

TTL Fairchild Advanced Schottky

• Tiempo de propagación 3ns.• Potencia 4mW.

HLL High Level Logic

• Diseñada para gobernar dispositivos electromecánicos.• Funciona con tensiones entre 10 y 20V (típica de 15V)• Circuitos muy similares a la familia DTL, pero con

algunos diodos Zener.• El diodo Zener es un semiconductor cuya

particularidad principal es la de dejar pasar la corriente eléctrica en sentido inverso cuando se le aplica una tensión inversa de determinado valor, llamada tensión de ruptura o Zener.

HLL High Level Logic

• Puertas Lógicas con elevada inmunidad al ruido.

• Para que exista un ruido o tensión parasita debe ser mayor a la tensión Zener (normalmente de 4,7V).

• Tiempo de Propagación 150ns.• Potencia 55mW.

ECL (Emmitter Coupled Logic)

• Lógica Acoplada por Emisor• Tensión de alimentación es de -5,2V.• Potencia de disipación 60mW.• ECL tiempos de propagación y frecuencias:– 8ns – 30MHz– 4ns – 75MHZ– 2ns – 125MHz– 1ns – 400MHz

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

• Bajo consumo (10nW en régimen estático y 10mW con señales de 5 y 10MHz).

• Margen de Tensión de Alimentación de 3 a 15V.

• Si la tensión es de 5V se puede conectar directo a un TTL.

• Elevada inmunidad al ruido: entre 30 y 40%.• Ideal para aparatos alimentados con baterías.

CMOS

• Desventajas:– Una pequeña capacidad parasita en sus entradas

cargada con electricidad estática puede destruir el dieléctrico.

– Baja velocidad de funcionamiento, inferior a los 10MHz

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