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CIRCUITO INTEGRADOSDIGITALES

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CARACTERISTICAS BSICAS DE LOSCIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES

Son una coleccin de resistores, diodos ytransistores fabricados sobre una pieza dematerial semiconductor (generalmente silicio)denominado sustrato y que comnmente recibeel nombre de circuito integrado (CI).

El CI se encuentra dentro de un encapsuladoplstico o de cermica con terminales quepermiten conectarlo con otro dispositivo.

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ENCAPSULADOS DE LOS CI

stos difieren en la cantidad de circuitera quecontiene el sustrato de silicio.

El nmero de conexiones externas que sehacen con el sustrato.

Las condiciones del medio ambiente.

El mtodo empleado para montar elencapsulado sobre el sustrato del circuito.

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TIPOS DE ENCAPSULADO

Los tipos de encapsulado mscomunes son:

Encapsulado de doble lnea (DIP,siglas de dual-in-line-package)

Encapsulado plano de cermica. Encapsulado para montaje de

superficie.

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Encapsulado de doble lnea (DIP) Formado por dos hileras de terminales. Las terminales estn numeradas en sentido opuesto

al avance de las manecillas del reloj cuando se venpor arriba, en relacin con una muesca o punto quese encuentra en uno de los extremos delencapsulado y que sirve como identificacin.

Se emplean encapsulados con 16, 20, 24, 28, 40 y64 terminales.

Algunos DIP tienen muescas en ambos extremos. En stos casos la ubicacin de la terminal nmero 1

est sealada por un pequeo punto.

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DIBUJO DE UN DIP

ENCAPSULADO DIP

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ENCAPSULADO PLANO DE CERMICA Esta hecho de una base no conductora. Inmune a los efectos de la humedad. Aplicaciones de tipo militar. Condiciones ambientales extremas.

ENCAPSULADO PARA MONTAJE DESUPERFICIE

Sus terminales estn dobladas en un ngulo recto. Ms pequeos que los DIP. Las terminales son ms pequeas y menos

rgidas.

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CLASIFICACIN DE ACUERDO CON LACOMPLEJIDAD

Se estima por el nmero de compuertas lgicasequivalentes sobre el sustrato.

En la actualidad existen 6 niveles estndar decomplejidad.

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CLASIFICACIN DE ACUERDO CON LACOMPLEJIDAD

Mayor a 10000000

100000 a 1000000

10000 a 100000

1000 a 10000

100 a 1000

10 a 100

# DETRANSISTORES

10000 a 100000Integracin en ultra escala(ULSI)

Mayor a 1000000Integracin en giga granescala (GLSI)

1000 a 10000Integracin en muy altaescala (VLSI)

100 a 1000Integracin en gran escala(LSI)

10 a 100Integracin en medianaescala (MSI)

1 a 10Integracin en pequeaescala (SSI)

N DECOMPUERTAS

COMPLEJIDAD

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Clasificacin de acuerdo con el tipoprincipal de componentes electrnicosutilizados en su circuitera.

Se clasifica en:

Circuitos Integrados Bipolares Circuitos Integrados Unipolares

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Circuitos Integrados Bipolares Son aquellos que estn fabricados con transistores bipolares

de unin (NPN y PNP) como su principal componente decircuito. Ej:

La familia lgica TTL y ECL

Circuitos Integrados Unipolares Son los que emplean transistores unipolares de efecto de

campo (MOSFET de canal N P) como elemento principal. Ej:

la familia lgica PMOS, NMOS y CMOS.

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PARMETROS DE VOLTAJE VIH(min),Voltaje de entrada de nivel alto: Nivel de voltaje que se

requiere para un 1 lgico en una entrada. Cualquier voltajedebajo de ste nivel no ser aceptado como ALTO por el circuitolgico.

VIL(max),Voltaje de entrada de nivel bajo: Nivel de voltaje que serequiere para un 0 lgico en una entrada. Cualquier voltaje sobreste nivel no ser aceptado como BAJO por el circuito lgico.

VOH(min),Voltaje de salida de nivel alto: Nivel de voltaje en lasalida de un circuito lgico en el estado 1 lgico. Por lo generalse especifica el valor mnimo de VOH.

VOL(max),Voltaje de salida de nivel bajo: Nivel de voltaje en lasalida de un circuito lgico en el estado 0 lgico. Por lo generalse especifica el valor mximo de VOL.

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PARMETROS DE VOLTAJE

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PARMETROS DE CORRIENTE IIH, Corriente de entrada de nivel alto: Corriente que fluye en una

entrada cuando se aplica un voltaje de nivel alto especfico adicha entrada.

IIL, Corriente de entrada de nivel bajo: Corriente que fluye en unaentrada cuando se aplica un voltaje de nivel bajo especfico adicha entrada.

IOH, Corriente de salida de nivel alto: Corriente que fluye desdeuna salida en el estado 1 lgico en condiciones de cargaespecficas.

IOL, Corriente de salida de nivel bajo: Corriente que fluye a partirde una salida en el estado 0 lgico en condiciones de cargaespecficas.

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Inmunidad al ruido

La inmunidad al ruido de un circuito lgico se refiere a lacapacidad de circuito para tolerar voltajes ruidosos ensus entradas.

A una medida cuantitativa de inmunidad, al ruido se ledenomina margen de ruido.

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MARGEN DE RUIDO

1lgico 1

lgico

0lgico0

lgico

IntervaloNo

permitido

IntervaloIndeterminado

VIH(min)

VIL(max)

VOH (min)

VOL (max)

Volta

je

Intervalos devoltaje de salida

Requerimientos devoltaje de entrada

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Margen de Ruido de Estado Alto VNH

VNH = VOH (min) VIH (min)

Margen de Ruido de Estado Bajo VNL

VNL = VIL (mx) VOL(max)

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Ejemplo:

VNH = VOH (min) VIH (min)= 2.4V 2.0V= 0.4V

VNL = VIL (mx) VOL(max)= 0.8V 0.4V= 0.4V

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REQUERIMIENTOS DE POTENCIA Todos los CI requieren de cierta cantidad de

potencia elctrica para poder funcionar. Estapotencia es suministrada por uno o ms fuentesvoltajes de conectados a las terminales depolarizacin del CI.

La cantidad de potencia que necesita un circuitointegrado se especifica por lo general en trminosde la corriente Icc, que consume de la fuente dealimentacin Vcc, y la potencia real es el productode Icc x Vcc.

En trminos generales ICCH e ICCL sern valoresdiferentes.

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La corriente promedio es:

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

sta corriente se puede emplear para calcular elconsumo promedio de potencia:

PD (prom) = ICC(prom) x VCC

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RETARDOS EN LA PROPAGACIN

Una seal lgica siempre experimenta unretardo al recorrer un circuito.

Los dos tiempos de retardo de propagacin sedefinen como: TPLH y TPHL.

TPLH: Tiempo de retardo al pasar del estadolgico 0 al 1 lgico (de BAJO a ALTO)

TPHL: Tiempo de retardo al pasar del estadolgico 1 al 0 lgico (de ALTO a BAJO)

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FACTOR DE CARGA DE SALIDA(Fan - out)

Se define como el nmero mximo de entradas lgicasestndar que una salida puede manejar confiablemente.

Para esto es necesario conocer la capacidad de corriente dela salida, esto es, IOL(max) e IOH(max) junto con losrequerimientos de corriente de cada entrada, esto es, IIL eIIH.

Entonces tenemos:Factor de carga de salida (BAJO) = IOL(max) / IIL(max)Factor de carga de salida (ALTO) = IOH(max) / IIH(max)

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Ejemplo Fan OUT:Fan Out = 20mA / 2mA

m = 10

Fan In = 10mA / 1,5mAn = 6

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Circuitos Integrados RTL RTL son las iniciales de las palabras inglesas Resistor,

Transistor, Logic. Es decir es una familia cuyas puertas seconstruyen con resistencias y transistores (bipolares). Elesquema bsico de una puerta NOR es el siguiente:

Suponiendo que las dos entradas ennivel alto (H-H), sea de 3v. Tanto Q1como Q2 estn saturados. Por qu?,pues porque tienen sus uniones BEbien polarizadas (la base ms positivaque el emisor) y se les suministrasuficiente intensidad de base:

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Circuitos Integrados RTL

A B C

Vcc

Compuerta NOR de 3 entradas

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Circuitos Integrados DTL Las siglas DTL vienen de las iniciales de las palabras inglesas

Diode Transistor Logic. Es decir estamos tratando con unafamilia compuesta bsicamente por diodos y transistores (sinolvidar a las resistencias). Los diodos se encargan de realizarla parte lgica y el transistor acta como amplificador inversor.

El esquema bsico de una puerta AND con diodos:

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LA FAMILIA LGICA TTL La familia lgica transistor-transistor (TTL)

El circuito lgico TTL bsico es la compuertaNAND.

CARACTERSTICAS DE LA SERIE TTL ESTNDAR

En 1964 Texas Instruments Corporation introdujo laprimera lnea de CI estndar TTL.

En la actualidad muchos fabricantes producen CI TTL.

Todos ellos utilizan el mismo sistema de numeracin.

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SERIE 74 Los CI de la serie 74 estndar ofrecen una combinacin de

velocidades y disipacin de potencia adecuada a muchasaplicaciones.

Serie 74L, TTL de bajo consumo de potencia Tiene valores mayores de resistencia. Reduce los requerimientos de potencia, de retardos ms largos en

la propagacin.

Serie 74H, TTL de alta velocidad La serie 74H es una serie TTL de gran velocidad. Tiene valores menores de resistencia. Remplaza el transistor seguidor de emisor Q1, por un par

Darlington. Velocidad de conmutacin mucho mayor Mayor disipacin de potencia.

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Serie 74S, TTL Schottky La serie 74S reduce el retardo de tiempo. Usa transistores Schottky. Dos veces ms rpida que la 74H, con igual

requerimiento de potencia.

Serie 74LS, TTL Schottky de bajo consumo de potencia Esta serie es una versin de la 74S. Con un menor consumo de potencia y velocidad. Usa transistor Schottky. Valores ms grande de resistencia que la 74S.

Serie 74AS (AS -T T L), TTL Schottky avanzada Esta serie tiene bajo consumo de potencia. Usa transistor Schottky.

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PARMETROS DE FUNCIONAMIENTO74 74L 74H 74S 74LS 74AS 74ALS

Retardo de propagacin(ns)

9 33 6 3 9.5 1.7 4

Disipacin de potencia(mW)

10 1 23 20 2 8 1

Producto velocidad-potencia(pJ)

90 33 138 60 19 13.6 4.8

Mxima frecuencia de reloj(MHz)

35 3 50 125 45 200 70

Factor de carga de la salida(para misma serie)

10 20 10 20 20 40 20

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PARMETROS DE VOLTAJE

74 74L 74H 74S 74LS 74AS 74ALS

VOH (min) 2.4 2.4 2.4 2.7 2.7 2.5 2.5

VOL (mx) 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.4

VIH (min) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

VIL (mx) 0.8 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

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COMPUERTA DE TRES ESTADOS

Las compuertas de tres estados tienen unaentrada de control que puede colocar a lacompuerta en un estado de alta impedancia.

Dicho estado se identifica con Z

ENTRADA SALIDA

CONTROL

ENTRADA SALIDA

CONTROL

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MOS

El Transistor de Efecto de Campo (FET, fieldeffect transistor) es un transistor unipolar, yaque su funcionamiento depende del flujo deslo un tipo de portador.

Existen de dos tipos JFET (Junction FET se utiliza en circuitos lineales) MOS (Metal-Oxido-Semiconductor, se utiliza en

circuitos digitales)

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Metal xido semiconductor (Canal P y Canal N)MOS

Este tipo de transistor MOS es de canal N de enriquecimiento(existe tambin de canal P), las patilla Surtidor (S), Drenador(D) y Puerta (G), son equivalentes a las patillas emisor, colectory base del BJT. La flecha indica el tipo de sustrato. (Flechahacia adentro es canal P, flecha hacia afuera es de canal N)

D

GCANAL P

SD

GCANAL N

S

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MOS

La constitucin fsica se basa en un sustratode silicio tipo P en el que se difunden doszonas de tipo N correspondiente al drenador ysurtidor.

Sobre la zona de sustrato situada entre elsurtidor y el drenador se hace unrecubrimiento de xido de silicio (aislante).Haciendo una metalizacin de aluminio sobrela superficie de xido de silicio se obtiene elterminal G o puerta.

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POLARIZACION MOSLa polarizacin es como se muestra en la grfica:

Si VGG < VTH (3V) Laresistencia entre D y S (RDS) esmuy elevada. Es decir eltransistor no conduce (corte) elMOS se comporta como uncircuito abierto.

Si VGG VTH El circuitoempieza a conducir. Alaumentar VGG disminuye RDS.Si RDS es muy pequea eltransistor llega a la saturacin,circuito cerrado

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Metal xido semiconductor

D

G

S

D

G

S

VCC

A

Y = A

D

G

S

D

G

S

VCC

B

Y = A.B

AD

G

S

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CMOS Semiconductor de metal xido complementario Cuando el circuito CMOS se encuentra en

estado esttico, su disipacin de es muy baja. Esttico (0.01 mW) 1 Mhz (1mW) 5 Mhz (5mW)

Intervalo de fuente de poder (3 a 18 Vdc) Buena Inmunidad al ruido Bajo retardo