familias logicas
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FAMILIAS LOGICAS.ALUMNO: Iván Valentín Cano Cruz DOCENTE: ING. M.A Heriberto Saldaña Saldaña. GRUPO: 5-B MATERIA:Sistemas Digitales.
Tecnologías de la información y comunicación.Universidad tecnológica de Tamaulipas.
03/02/2014
2014
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INDICE ............................................................................................PAGINA
INTRODUCCION.............................................................................3
Señales digitales..............................................................................4
Compuertas Lógicas.......................................................................6
Familia TTL......................................................................................9
Familia CMOS..................................................................................11
Conclusión.......................................................................................12
Bibliografía.......................................................................................13
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INTRODUCCION:
En el siguiente ensayo se hablara sobre la familias lógicas , además de algunas de
sus conjuntos. 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.
También puede referirse a un conjunto de técnicas usadas para la implementación
de la lógica dentro de una larga escala de circuitos integrados tal como un
procesador central, memoria, u otra función compleja; estas familias usan técnicas
dinámicas registradas para minimizar el consumo de energía y el retraso.
Dentro de las familias lógicas se encuentran:
• DL (Lógic Diodo)
• RTL (Lógica Resistencia-Transistor)
• DTL (Lógica Diodo-Transistor)
• HTL (Lógica de alto umbral)
• ECL (Lógica de Acoplamiento de Emisor)
• TTL (Lógica Transistor-Transistor)
• MOS (Semiconductor Óxido Metal o PMOS (MOS tipo-P) o NMOS (MOS tipo-N) o
CMOS (MOS Complementario) o BiCMOS (CMOS Bipolar)
• IIL ó I2L (Lógica Inyección Integrada).
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SEÑALES DIGITALES.
La señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno
electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede
ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos,
en lugar de valores dentro de un cierto rango.
Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados
representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de
High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se
sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética
binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva
y en caso contrario de lógica negativa.
Un sistema digital es cualquier dispositivo destinado a la generación, transmisión,
procesamiento o almacenamiento de señales digitales. También un sistema digital
es una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o
información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan
tomar valores discretos.
La mayoría de las veces estos dispositivos son electrónicos, pero también pueden
ser mecánicos, magnéticos o neumáticos.
Para el análisis y la síntesis de sistemas digitales binarios se utiliza como
herramienta el álgebra de Boole.
Los sistemas digitales pueden ser de dos tipos:
•Sistemas digitales combinacionales: Son aquellos en los que la salida del sistema
sólo depende de la entrada presente. Por lo tanto, no necesita módulos de memoria,
ya que la salida no depende de entradas previas.
•Sistemas digitales secuenciales: La salida depende de la entrada actual y de las
entradas anteriores. Esta clase de sistemas necesitan elementos de memoria que
recojan la información de la 'historia pasada' del sistema.
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Para la implementación de los circuitos digitales, se utilizan puertas lógicas (AND,
OR y NOT) y transistores. Estas puertas siguen el comportamiento de algunas
funciones booleanas.
Generadores de señal, también conocidos diversamente como generadores de
funciones de RF, y generadores de señal de microondas, generadores de tono,
generadores de forma de onda arbitraria, generadores de patrones digitales o
generadores de frecuencia son dispositivos electrónicos que generan señales
electrónicas repetitivas o que no se repite. Se utiliza generalmente en el diseño,
prueba, solución de problemas y reparación de los dispositivos electrónicos o
electroacústica, a pesar de que a menudo tienen usos artísticos también.
Hay muchos tipos diferentes de generadores de señales, con diferentes propósitos y
aplicaciones, en general, no hay ningún dispositivo es adecuado para todas las
aplicaciones posibles.
Tradicionalmente, los generadores de señal se han incorporado unidades de
hardware, pero desde la edad de multimedia-PC, generadores de tono de software
flexibles y programables también han estado disponibles.
Generadores de señal de propósito general
-generadores de funciones.
generadores de forma de onda arbitraria
generadores de señales de rf y microondas
generadores de señal para fines especiales
generadores de tono y generadores de audio
generadores de señal de vídeo.
COMPUERTAS LÓGICAS.
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Hay disponible una gran variedad de compuertas estándar, cada una con un
comportamiento perfectamente definido, y es posible combinarlas entre sí para
obtener funciones nuevas.
Desde el punto de vista práctico, podemos considerar a cada compuerta como una
caja, en la que se introducen valores digitales en sus entradas, y el valor del
resultado aparece en la salida.
Cada compuerta tiene asociada una tabla de verdad, que expresa en forma de lista
el estado de su salida para cada combinación posible de estados en las entradas.
En la actualidad, una compuerta es un conjunto de transistores dentro de un circuito
integrado, que puede contener cientos de ellas. De hecho, un microprocesador no
es más que un chip compuesto por millones de compuertas lógicas.
Es necesario aclarar entonces que las compuertas lógicas se comunican entre sí,
usando el sistema BINARIO. Este consta de solo 2 indicadores 0 y 1 llamados BIT
dado que en electrónica solo hay 2 valores equivalentes 0=0volt 1=5volt (conectado-
desconectado). Es decir que cuando conectamos una compuerta a el negativo
equivale a introducir un cero (0) y por el contrario si derivamos la entrada a 5v le
estamos enviando un uno (1).
Cada una de las compuertas lógicas se las representa mediante un Símbolo, y la
operación que realiza (Operación lógica) se corresponde con una tabla, llamada
Tabla de Verdad, veamos la primera.
Compuerta NOT:
Se trata de un inversor, es decir, invierte el dato de entrada, por ejemplo; si pones
su entrada a 1 (nivel alto) obtendrás en su salida un 0 (o nivel bajo), y viceversa.
Esta compuerta dispone de una sola entrada. Su operación lógica es s igual a
invertida.
Compuerta AND:
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Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un
producto entre ambas, no es un producto aritmético, aunque en este caso coincidan.
Las compuertas AND pueden tener más de dos entradas y por definición, la salida
es 1 si todas las entradas son 1.
Compuerta OR:
Al igual que la anterior posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será
una suma entre ambas... Bueno, todo va bien hasta que 1 + 1 = 1, el tema es que se
trata de una compuerta O Inclusiva es como a y/o b
*Es decir, basta que una de ellas sea 1 para que su salida sea también 1*
2. Compuertas Lógicas Combinadas
Al agregar una compuerta NOT a cada una de las compuertas anteriores los
resultados de sus respectivas tablas de verdad se invierten, y dan origen a tres
nuevas compuertas llamadas NAND, NOR y NOR-EX. Veamos ahora como son y
cuál es el símbolo que las representa.
Compuerta NAND:
Responde a la inversión del producto lógico de sus entradas, en su representación
simbólica se reemplaza la compuerta NOT por un círculo a la salida de la compuerta
AND.
Compuerta NOR:
El resultado que se obtiene a la salida de esta compuerta resulta de la inversión de
la operación lógica o inclusiva es como un no a y/o b. Igual que antes, solo agregas
un círculo a la compuerta OR y ya tienes una NOR.
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Compuerta NOR-EX
Es simplemente la inversión de la compuerta OR-EX, los resultados se pueden
apreciar en la tabla de verdad, que bien podrías compararla con la anterior y notar la
diferencia, el símbolo que la representa lo tienes en el siguiente gráfico.
Buffers
En realidad no realiza ninguna operación lógica, su finalidad es amplificar un poco la
señal (o refrescarla si se puede decir). Como puedes ver en el siguiente gráfico la
señal de salida es la misma que de entrada.
FAMILIAS TTL.
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Las características de la tecnología utilizada, en la familia TTL (Transistor,
Transistor Logic), condiciona los parámetros que se describen en sus hojas de
características según el fabricante, (aunque es estándar), la resumiré en sólo
algunas como que:
Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4'75V y los
5'25V como se ve un rango muy estrecho debido a esto, los niveles lógicos vienen
definidos por el rango de tensión comprendida entre 0'2V y 0'8V para el estado L y
los 2'4V y Vcc para el estado H.
La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor baza, ciertamente
esta característica le hacer aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo
por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, SL, S, etc. y
últimamente los TTL: HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco
más de los 250Mhz.
Debemos tomar en cuenta otras características de la lógica TTL. Si dejamos una
entrada sin conectar actuará exactamente como un 1 lógico aplicado a esa entrada,
ya que el transistor no será polarizado en forma directa.
La familia 74 cuenta con varias series de dispositivos lógicos TTL(74, 74LS, 74S,
etc.).
* Características de la serie TTL estándar
* Niveles de voltaje
Los niveles de voltaje de salida de la familia 74 estándar son:
* Voltajes nominales máximos
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Tabla 1. Características representativas de las series TTL
| 74 | 74L | 74H | 74S | 74LS| 74AS | 74ALS |
Parámetros de funcionamiento | | | | | | | |
Retardo de propagación (ns) | 9 | 33 | 6 | 3 | 9.5 | 1.7 | 4 | |
Disipación de potencia (mW) | 10 | 1 | 23 | 20 | 2 | 8 | 1 | |
Producto velocidad-potencia (pJ) | 90 | 33 | 138 | 60 | 19 | 13.6 | 4.8 |
Máxima frecuencia de reloj (MHz) | 35 | 3 | 50 | 125 | 45 | 200 | 70
| |
Factor de carga de la salida | 10 | 20 | 10 | 20 | 20 | 40 | 20 | |
Parámetros de Voltaje | | | | | | | |
VOH | 2.4 | 2.4 | 2.4 | 2.7 | 2.7 | 2.5 | 2.5 | |
VOL | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.4 | |
VIH | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | |
VIL | 0.8 | 0.7 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 ||
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FAMILIA CMOS
Existen varias series en la familia CMOS de circuitos integrados digitales. La serie
4000 que fue introducida por RCA y la serie 14000 por Motorola, estas fueron las
primeras series CMOS. La serie 74C que su característica principal es que es
compatible terminal por terminal y función por función con los dispositivos TTL. Esto
hace posibles remplazar algunos circuitos TTL por un diseño equivalente CMOS. La
serie 74HC son los CMOS de alta velocidad, tienen un aumento de 10 veces la
velocidad de conmutación. La serie 74HCT es también de alta velocidad, y también
es compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos TTL.
Los voltajes de alimentación en la familia CMOS tiene un rango muy amplio, estos
valores van de 3 a 15 V para los 4000 y los 74C. De 2 a 6 V para los 74HC y
74HCT.
Los requerimientos de voltaje en la entrada para los dos estados lógicos se expresa
como un porcentaje del voltaje de alimentación. Tenemos entonces:
VOL(max) = 0 V
VOH(min) = VDD
VIL(max) = 30%VDD
VIH(min) = 70% VDD
Por lo tanto los márgenes de ruido se pueden determinar a partir de la tabla anterior
y tenemos que es de 1.5 V. Esto es mucho mejor que los TTL ya que los CMOS
pueden ser utilizados en medios con mucho más ruido. Los márgenes de ruido
pueden hacerse todavía mejores si aumentamos el valor de VDD ya que es un
porcentaje de este.
En lo que a la disipación de potencia concierne tenemos un consumo de potencia de
sólo 2.5 nW cuando VDD = 5 V y cuando VDD = 10 V la potencia consumida
aumenta a sólo 10 nW. Sin embargo tenemos que la disipación de potencia será
baja mientras estemos trabajando con corriente directa. La potencia crece en
proporción con la frecuencia. Una compuerta CMOS tiene la misma potencia de
disipación en promedio con un 74LS en frecuencia alrededor de 2 a 3 MHz.
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CONCLUSION:
En conclusión la familias lógicas son dispositivos o circuitos integrados digitales
monolíticos, 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.
Las álgebras booleanas, estudiadas por primera vez en detalle por George Boole,
constituyen un área de las matemáticas que ha pasado a ocupar un lugar
prominente con el advenimiento de la computadora digital.
Una compuerta lógica es un dispositivo que nos permite obtener resultados,
dependiendo de los valores de las señales que le ingresemos.
Son usadas ampliamente en el diseño de circuitos de distribución y computadoras, y
sus aplicaciones van en aumento en muchas otras áreas.
En comparación con las familias lógicas TTL, las familias lógicas MOS son más
lentas en cuanto a velocidad de operación; requieren de mucho menos potencia;
tienen un mejor manejo del ruido; un mayor intervalo de suministro de voltaje; un
factor de carga más elevado y 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 CI MOS están superando a los CI bipolares en el área
de integración a gran escala. (LSI - memorias grandes, CI de calculadora,
microprocesadores, así como VLSI).
Por otro lado, la velocidad de operación de los CI TTL los hace dominar las
categorías SSI o MSI (compuertas, FF y contadores).
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BIBLIOGRAFIA.
http://es.wikipedia.org/wiki/Familia_l%C3%B3gica
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_digitales
http://www.buenastareas.com/ensayos/Familia-Ttl-y-Cmos/4355353.html
http://html.rincondelvago.com/000761122.png
http://www.buenastareas.com/ensayos/Familias-Logicas-Digitales/1210728.html