familia ttl

Universidad Catolica

“Nuestra Senora de la Asuncion”

Sede Regional Asuncion

Facultad de Ciencias y Tecnologıa

Departamento de Ingenierıa

Electronica e Informatica

Carrera de Ingenierıa Electronica

Sistemas Digitales IIng. Geronimo Bellasai

Martınez, Manuel <[email protected]>Ramırez, Pedro <[email protected]>

Introduccion a las Familias Logicas

30 de agosto de 2012

INDICE 2

Indice

1. Circuitos Integrados Digitales por Familia 3

2. Parametros caracterısticos de circuitos digitales 3

3. Caraterısticas Electricas de TTL 43.1. Voltajes de Entrada y Salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2. Corrientes Maximas de Entrada y Salida . . . . . . . . . . . . . . 53.3. Capacidad de Carga (FAN OUT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4. Inmunidad al ruido 74.1. Corrientes de Cortocircuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.2. Manejo de entradas abiertas y no usadas . . . . . . . . . . . . . . 10

5. Consideraciones practicas sobre circuitos TTL 11

6. Tipos de salidas 12

7. Evolucion de las familias TTL 15

Introduccion

Una familia logica es una coleccion de CIs(Circuitos Integrados) que tienencaracterısticas electricas similares en sus entradas, salidas y circuiterıa interna,pero que realizan diferentes funciones logicas.

1 Circuitos Integrados Digitales por Familia 3

1. Circuitos Integrados Digitales por Familia

Las familias logicas mas importantes son:

1. RTL = Resistor Transistor Logic

2. DTL = Diode Transistor Logic

3. TTL = Transistor Transistor Logic

4. HLL = High Level Logic

5. ECL = Emitter Coupled Logic

6. CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor

7. I2L = Integrated Injection Logic

8. HTL = High Threshold Logic

2. Parametros caracterısticos de circuitos digi-tales

Niveles logicos de tension de entrada y de salida. Para representar losdos valores logicos (“0” y “1”). VIHmin, VILmax, VOHmin, VOLmax.

Dos tensiones umbral (una para cada estado logico). Tension de entra-da a partir de la cual la salida comienza a cambiar de estado.

Dos margenes de ruido (uno para cada valor logico). Variacion detension admisible a la entrada de un circuito logico sin que la salida del mismocambie de estado, es decir, sin que el circuito “detecte” un nivel logico diferente.

Abanico de entrada (Fan-in). Numero maximo entradas que el circuitologico puede tener.

Abanico de salida (Fan-out). Numero maximo de entradas de otros cir-cuitos logicos que la salida de una puerta puede alimentar manteniendo losniveles logicos.

Tiempo o retardo de propagacion. Media aritmetica de los tiempos depropagacion del cambio de estado de la entrada a la salida en los casos en quela salida pasa del estado “1” al “0” y viceversa.

Potencia consumida. La requerida por la puerta para estar funcionando al50 %, es decir, tanto tiempo en el estado “1” como en el “0”.

Tıpicamente hay que buscar un compromiso entre los valores optimos de losdistintos parametros. (Ejemplo: tiempo de propagacion y potencia disipada)

3 Caraterısticas Electricas de TTL 4

3. Caraterısticas Electricas de TTL

A continuacion se define un conjunto de caracterısticas de operacion a cualquierfamilia logica, sin embargo, se discuten solamente los valores tıpicos de TTL.Si requiere informacion correspondiente a las otras familias, hay que consultarlos manuales del fabricante. Los datos numericos que se dan en esta seccioncorresponden al circuito 7400.

3.1. Voltajes de Entrada y Salida

El fabricante proporciona informacion sobre los voltajes maximos y mınimospermisibles y garantizados en las entradas y salidas de sus compuertas, en estadoalto y bajo, de acuerdo a la siguiente nomenclatura.

VIL. Nivel de voltaje reconocido como un 0 logico en la entrada. (maximo0.8V).

VIH . Nivel de voltaje reconocido como un 1 logico en la entrada. (mınimo2V).

VOL. Nivel de voltaje garantizado de una salida en 0 logico. (maximo0.4V).

VOH . Nivel de voltaje garantizado de una salida en 1 logico. (mınimo2.4V).

En la siguiente figura se ilustra el significado de los voltajes anteriores.

/D VLJXLHQWH WDEOD PXHVWUD DOJXQDV VXEIDPLOLDV GH FLUFXLWRV &026 FRPXQHV DVt FRPR VXV

FDUDFWHUtVWLFDV GH RSHUDFLyQ PiV LPSRUWDQWHV

$&7&026 DYDQ]DGD FRPSDWLEOH FRQ 77/

$&&026 DYDQ]DGD

+&7&026 GH DOWD YHORFLGDG FRPSDWLEOH FRQ 77/

+&&026 GH DOWD YHORFLGDG

&'$&'

5HWDUGRWS

QDQRVHJ

'LVLSDFLyQ GH SRWHQFLDP:&RPSXHUWD

(VWiWLFD 0+] 0+]1~PHUR)DPLOLD &026

&$5$&7(5Ì67,&$6 (/e&75,&$6 '( 77/

$ FRQWLQXDFLyQ VH GHILQH XQ FRQMXQWR GH FDUDFWHUtVWLFDV GH RSHUDFLyQ DSOLFDEOHV D FXDOTXLHU IDPLOLD

OyJLFD VLQ HPEDUJR VH GLVFXWHQ VRODPHQWH ORV YDORUHV WtSLFRV GH 77/ 6L VH UHTXLHUH O LQIRUPDFLyQ

FRUUHVSRQGLHQWH D ODV RWUDV IDPLOLDV KD\ TXH FRQVXOWDU ORV PDQXDOHV GHO IDEULFDQWH /RV GDWRV

QXPpULFRV TXH VH GDQ HQ HVWD VHFFLyQ FRUUHVSRQGHQ DO FLUFXLWR

92/7$-(6 '( (175$'$ < 6$/,'$

(O IDEULFDQWH SURSRUFLRQD LQIRUPDFLyQ VREUH ORV YROWDMHV Pi[LPRV \ PtQLPRV SHUPLVLEOHV \

JDUDQWL]DGRV HQ ODV HQWUDGDV \ VDOLGDV GH VXV FRPSXHUWDV HQ HVWDGR DOWR \ EDMR GH DFXHUGR D OD

VLJXLHQWH QRPHQFODWXUD

9,/ 1LYHO GH YROWDMH UHFRQRFLGR FRPR XQ OyJLFR HQ OD HQWUDGD Pi[LPR 99,+ 1LYHO GH YROWDMH UHFRQRFLGR FRPR XQ OyJLFR HQ OD HQWUDGD PtQLPR 992/ 1LYHO GH YROWDMH JDUDQWL]DGR GH XQD VDOLGD HQ OyJLFR Pi[LPR 992+ 1LYHO GH YROWDMH JDUDQWL]DGR GH XQD VDOLGD HQ OyJLFR PtQLPR 9

(Q OD VLJXLHQWH ILJXUD VH LOXVWUD HO VLJQLILFDGR GH ORV YROWDMHV DQWHULRUHV

6H REVHUYD TXH

Ö 6L Y 9LQ Y HO IDEULFDQWH QR DVHJXUD FRPR UHFRQRFHUi OD HQWUDGD VL FRPR FHUR R

FRPR XQR =RQD 3URKLELGD

Ö 8QD VHxDO GH HQWUDGD 9LQ SXHGH WHQHU XQ UXLGR GH XQD DPSOLWXG GH Y VLQ FDXVDU

SUREOHPDV GH RSHUDFLyQ PDUJHQ GH UXLGR

Capítulo 5 Familias Lógicas

51

9R

$OWR

%DMR/

$OWR

%DMR

+ +

/

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

9R+PLQ

9R/PD[

9,+PLQ

9,/PD[

9LQ

0.4v

0.4v

Figura 1: Niveles de Tension de una senal TTL.

Se observa que:

3.2 Corrientes Maximas de Entrada y Salida 5

Si 0,8 < VIN < 2V el fabricante no asegura como reconocera la entrada(si como cero o como uno) (Zona Prohibida).

Una senal de entrada (VIN puede tener ruido de una amplitud de 0.4V sincausar problemas de operacion (margen de ruido).

3.2. Corrientes Maximas de Entrada y Salida

Todo dispositivo que se conecta a la salida de otro inyecta o extrae corrienteal primero; entonces se dice que el primero se carga, o que el segundo es la cargadel primero. Los parametros nos dicen cuanta carga (medida en corriente) puedemanejar una compuerta logica.

IOH Corriente de salida en alto (400µA maximo).

IOL Corriente de salida en bajo (−16mA maximo).

IIH Corriente de entrada en alto (40µA maximo).

IIL Corriente de entrada en bajo (1,6mA maximo).

2º I.T.I (ELECTRICIDAD) Electrónica Digital (HB4)

T-4 “Introducción a las familias lógicas”

Universidad Politécnica de Cartagena. Departamento de Tecnología Electrónica 6

VOHmín = VIHmín + VNIH

VOLmáx = VILmáx - VNIL

VNIL = VILmáx - VOLmáx

VNIH = VOHmín - VIHmín

Si la tensión de entrada mínima a nivel alto de una puerta tiene como valor VIHmín, la tensión mínima de salida a nivel alto debe ser igual o superior a VIHmín. Pero para evitar la influencia de ruidos que afecten a la siguiente puerta, no se permitirá una tensión de salida inferior a VIHmín más el margen de ruido a nivel alto (VNIH):

Para determinar el valor de VOLmáx aplicamos el mismo criterio pero utilizando el margen de ruido a nivel bajo (VNIL):

• Margen de ruido a nivel bajo (VNIL):

• Margen de ruido a nivel alto (VNIH):

2.1.3.- Corrientes.

El fabricante nos da los valores de las corrientes de entrada:

• IILmáx ⇒ Intensidad máxima de la entrada de una puerta cuando está en estado bajo (el signo negativo indica que esta corriente fluye hacia el exterior del dispositivo).

• IIHmáx⇒ Intensidad máxima de entrada de una puerta cuando está en estado alto.

Y de salida:

• IOLmáx ⇒ Capacidad que tiene la puerta para absorber una intensidad cuando la salida se encuentra a nivel bajo. La puerta actúa como sumidero de corriente.

• IOHmáx ⇒ Intensidad que puede suministrar la puerta cuando la salida está a nivel alto. En este caso la puerta entrega corriente (fuente) a las entradas de las puertas de carga.

+5V

“1” IIH

“0”

IIL

Figura 4-6. Corrientes de entrada

“1”

IIL

“0”

IIL IOL

Figura 4-7. Corrientes de salida

“0”

IIH

“1”

IIH IOH

Figura 2: Corriente de Entrada.




VOHmín = VIHmín + VNIH

VOLmáx = VILmáx - VNIL

VNIL = VILmáx - VOLmáx

VNIH = VOHmín - VIHmín

Si la tensión de entrada mínima a nivel alto de una puerta tiene como valor VIHmín, la tensión mínima de salida a nivel alto debe ser igual o superior a VIHmín. Pero para evitar la influencia de ruidos que afecten a la siguiente puerta, no se permitirá una tensión de salida inferior a VIHmín más el margen de ruido a nivel alto (VNIH):

Para determinar el valor de VOLmáx aplicamos el mismo criterio pero utilizando el margen de ruido a nivel bajo (VNIL):

• Margen de ruido a nivel bajo (VNIL):

• Margen de ruido a nivel alto (VNIH):

2.1.3.- Corrientes.

El fabricante nos da los valores de las corrientes de entrada:

• IILmáx ⇒ Intensidad máxima de la entrada de una puerta cuando está en estado bajo (el signo negativo indica que esta corriente fluye hacia el exterior del dispositivo).

• IIHmáx⇒ Intensidad máxima de entrada de una puerta cuando está en estado alto.

Y de salida:

• IOLmáx ⇒ Capacidad que tiene la puerta para absorber una intensidad cuando la salida se encuentra a nivel bajo. La puerta actúa como sumidero de corriente.

• IOHmáx ⇒ Intensidad que puede suministrar la puerta cuando la salida está a nivel alto. En este caso la puerta entrega corriente (fuente) a las entradas de las puertas de carga.

+5V

“1” IIH

“0”

IIL

Figura 4-6. Corrientes de entrada

“1”

IIL

“0”

IIL IOL

Figura 4-7. Corrientes de salida

“0”

IIH

“1”

IIH IOH

Figura 3: Corriente de Salida.

3.3 Capacidad de Carga (FAN OUT) 6

3.3. Capacidad de Carga (FAN OUT)

Como se dijo, la capacidad de carga o FAN OUT se define como el numeromaximo de compuertas que pueden ser conectadas a la salida de una compuertasin superar la capacidad de corriente de esta.

Ası, cuando se dice que una puerta tiene un FAN OUT de 5, significa queesta compuerta puede alimentar o drenar sin problemas la corriente a 5 puertasconectadas a su salida. En ocasiones el fabricante especifica este dato menciona-do que la puerta soporta 5 cargas tıpicas de la familia en cuestion.

Las compuertas TTL 54/74 estan disenadas para un fan-out de 10 com-puertas, es decir, pueden manejar adecuadamente 10 cargas tıpicas TTL.

Al conectar mas puertas de carga a una puerta excitadora, la corriente defuente aumenta y con ello la caıda de tension interna de la puerta excitadora ha-ciendo que la tension de salida VOH disminuya. Si se conecta un numero excesivode puertas de carga, la tension VOH puede caer por debajo de su valor mınimoVOHmin, lo que supone un fallo en el funcionamiento del circuito. Ademas alaumentar la corriente de fuente, aumenta la disipacion de potencia de la puertaexcitadora.




2.1.4.- Fan-out.

Cuando la salida de una puerta lógica se conecta a una o más entradas de otras puertas se genera una carga en la puerta excitadora. Existe un límite para el número de entradas que una cierta puerta puede excitar. Este límite se denomina fan-out o cargabilidad de la puerta.

Al conectar más puertas de carga a una puerta excitadora, la corriente de fuente aumenta y con ello la caída de tensión interna de la puerta excitadora haciendo que la tensión de salida VOH disminuya. Si se conecta un número excesivo de puertas de carga, la tensión VOH puede caer por debajo de su valor mínimo VOH mín, lo que supone un fallo en el funcionamiento del circuito. Además al aumentar la corriente de fuente, aumenta la disipación de potencia de la puerta excitadora.

Figura 4-8. Carga en estado alto.

Figura 4-9. Carga en estado bajo.

La corriente total de sumidero (absorbida) también aumenta con cada entrada que se añade, como muestra la Figura 4-9. Al aumentar esta corriente, la caída de tensión interna de la puerta excitadora aumenta haciendo que VOL aumente. Si se añade un número demasiado grande de puertas, VOL se hará mayor que VOLmáx produciéndose un dato erróneo en la salida.

A de cumplirse:

IOH ≥ ∑ IIH 2ºetapa

+5V

‘1’

‘1’

IIH(1) IIH(2) IIH(n)

IOH (fuente)

‘0’

‘1’

IOL (absorbida) IIL(1)

+ 5V

IIL(2)

+ 5V

IIL(n)

+ 5V

IOL ≥ ∑ IIL 2ºetapa

Figura 4: Carga en estado Alto.




2.1.4.- Fan-out.

Cuando la salida de una puerta lógica se conecta a una o más entradas de otras puertas se genera una carga en la puerta excitadora. Existe un límite para el número de entradas que una cierta puerta puede excitar. Este límite se denomina fan-out o cargabilidad de la puerta.

Al conectar más puertas de carga a una puerta excitadora, la corriente de fuente aumenta y con ello la caída de tensión interna de la puerta excitadora haciendo que la tensión de salida VOH disminuya. Si se conecta un número excesivo de puertas de carga, la tensión VOH puede caer por debajo de su valor mínimo VOH mín, lo que supone un fallo en el funcionamiento del circuito. Además al aumentar la corriente de fuente, aumenta la disipación de potencia de la puerta excitadora.

Figura 4-8. Carga en estado alto.

Figura 4-9. Carga en estado bajo.

La corriente total de sumidero (absorbida) también aumenta con cada entrada que se añade, como muestra la Figura 4-9. Al aumentar esta corriente, la caída de tensión interna de la puerta excitadora aumenta haciendo que VOL aumente. Si se añade un número demasiado grande de puertas, VOL se hará mayor que VOLmáx produciéndose un dato erróneo en la salida.

A de cumplirse:

IOH ≥ ∑ IIH 2ºetapa

+5V

‘1’

‘1’

IIH(1) IIH(2) IIH(n)

IOH (fuente)

‘0’

‘1’

IOL (absorbida) IIL(1)

+ 5V

IIL(2)

+ 5V

IIL(n)

+ 5V

IOL ≥ ∑ IIL 2ºetapa

Figura 5: Carga en estado Bajo

4 Inmunidad al ruido 7

La corriente total de sumidero (absorbida) tambien aumenta con cada entra-da que se anade, como muestra la Figura 5. Al aumentar esta corriente, la caıdade tension interna de la puerta excitadora aumenta haciendo que VOL aumente.Si se anade un numero demasiado grande de puertas, VOL se hara mayor queVOLmax produciendose un dato erroneo en la salida.

A de cumplirse:

IOL >∑

IIL2da. etapa (1)

IOH >∑

IIH2da. etapa (2)

4. Inmunidad al ruido

Se denomina ruido a cualquier perturbacion involuntaria que puede originarun cambio no deseado en la salida del circuito. El ruido puede generarse exter-namente por la presencia de escobillas en motores o interruptores, por acoplopor conexiones o lıneas de tension cercanas o por picos de la corriente de ali-mentacion. Para no verse afectado por el ruido, los circuitos logicos deben tenercierta inmunidad al ruido, que se define como la capacidad para tolerar fluctua-ciones en la tension no deseadas en sus entradas sin que cambie el estado desalida.

Por ejemplo, si la tension de ruido en la entrada de una puerta hace que latension de nivel alto caiga por debajo de VIHmin el funcionamiento no sera pre-decible. Del mismo modo si el ruido hace que la tension de entrada para elestado bajo pase por encima de VILmax, se crea una condicion indeterminadacomo se ilustra en la Figura 6.




2.1.2.- Inmunidad al ruido.

Se denomina ruido a cualquier perturbación involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida del circuito. El ruido puede generarse externamente por la presencia de escobillas en motores o interruptores, por acoplo por conexiones o líneas de tensión cercanas o por picos de la corriente de alimentación. Para no verse afectado por el ruido, los circuitos lógicos deben tener cierta inmunidad al ruido, que se define como la capacidad para tolerar fluctuaciones en la tensión no deseadas en sus entradas sin que cambie el estado de salida.

Por ejemplo, si la tensión de ruido en la entrada de una puerta hace que la tensión de nivel alto caiga por debajo de VIHmín el funcionamiento no será predecible. Del mismo modo si el ruido hace que la tensión de entrada para el estado bajo pase por encima de VILmáx, se crea una condición indeterminada como se ilustra en la Figura 4-4.

Figura 4-4. Efecto del ruido.

Para evitar la presencia de errores provocados por el ruido, los fabricantes establecen un margen de seguridad conocido como “MARGEN DE RUIDO” para no sobrepasar los valores críticos de tensión.

En la Figura 4-5 tenemos los valores críticos de las tensiones de entrada y salida de una puerta lógica y los márgenes de ruido a nivel alto y bajo.

Figura 4-5. Inmunidad al ruido.

0

VOH

VIHmín

VIH

0 VOL

VIL

VILmáx

Salida de la puerta 1

1 Entrada de la puerta 2

0

1

VOL(máx)

VOH(mín)

VIL(máx)

VIH(mín)

VNIL

VNIH

0

Figura 6: Efecto del ruido.

Para evitar la presencia de errores provocados por el ruido, los fabricantesestablecen un margen de seguridad conocido como “MARGEN DE RUIDO”para no sobrepasar los valores crıticos de tension.

4 Inmunidad al ruido 8




2.1.2.- Inmunidad al ruido.

Se denomina ruido a cualquier perturbación involuntaria que puede originar un cambio no deseado en la salida del circuito. El ruido puede generarse externamente por la presencia de escobillas en motores o interruptores, por acoplo por conexiones o líneas de tensión cercanas o por picos de la corriente de alimentación. Para no verse afectado por el ruido, los circuitos lógicos deben tener cierta inmunidad al ruido, que se define como la capacidad para tolerar fluctuaciones en la tensión no deseadas en sus entradas sin que cambie el estado de salida.

Por ejemplo, si la tensión de ruido en la entrada de una puerta hace que la tensión de nivel alto caiga por debajo de VIHmín el funcionamiento no será predecible. Del mismo modo si el ruido hace que la tensión de entrada para el estado bajo pase por encima de VILmáx, se crea una condición indeterminada como se ilustra en la Figura 4-4.

Figura 4-4. Efecto del ruido.

Para evitar la presencia de errores provocados por el ruido, los fabricantes establecen un margen de seguridad conocido como “MARGEN DE RUIDO” para no sobrepasar los valores críticos de tensión.

En la Figura 4-5 tenemos los valores críticos de las tensiones de entrada y salida de una puerta lógica y los márgenes de ruido a nivel alto y bajo.

Figura 4-5. Inmunidad al ruido.

0

VOH

VIHmín

VIH

0 VOL

VIL

VILmáx

Salida de la puerta 1

1 Entrada de la puerta 2

0

1

VOL(máx)

VOH(mín)

VIL(máx)

VIH(mín)

VNIL

VNIH

0

Figura 7: Inmunidad al ruido.

En la Figura 7 tenemos los valores crıticos de las tensiones de entrada ysalida de una puerta logica y los margenes de ruido a nivel alto y bajo.

Si la tension de entrada mınima a nivel alto de una puerta tiene como valorVIHmin, la tension mınima de salida a nivel alto debe ser igual o superior aVIHmin. Pero para evitar la influencia de ruidos que afecten a la siguiente puerta,no se permitira una tension de salida inferior a VIHmin mas el margen de ruidoa nivel alto (VNIH):

VOHmin = VIHmin + VNIH (3)

Para determinar el valor de VOLmax aplicamos el mismo criterio pero uti-lizando el margen de ruido a nivel bajo (VNIL):

VOLmax = VILmax − VNIL (4)

Margen de ruido a nivel bajo (VNIL):

VNIL = VILmax − VOLmax (5)

Margen de ruido a nivel alto (VNIH):

VNIH = VOHmin − VIHmin (6)

4.1 Corrientes de Cortocircuito 9

4.1. Corrientes de Cortocircuito

Hay dos condiciones de cortocircuito que deberan ser evitadas para las puer-tas con salida en Totem Pole:

Salida en cortocircuito a tierra .- Cuando la salida de una puerta logicase conecta (por accidente) a tierra, el peor de los casos se tiene cuando lasalida intenta ir a estado alto, (transistor Q4 en saturacion y Q3 en corte);entonces, el fabricante especifica una corriente maxima de cortocircuito que nodebera permanecer por mucho tiempo.

$Vt FXDQGR VH GLFH TXH XQD SXHUWD WLHQH XQ )$1 287 GH VLJQLILFD TXH HVWD SXHGH DOLPHQWDU R

GUHQDU VLQ SUREOHPDV OD FRUULHQWH GH SXHUWDV FRQHFWDGDV D VX VDOLGD (Q RFDVLRQHV HO IDEULFDQWH

HVSHFLILFD HVWD GDWR PHQFLRQDQGR TXH OD SXHUWD VRSRUWD FDUJDV WtSLFDV GH OD IDPLOLD HQ FXHVWLyQ

/DV FRPSXHUWDV 77/ HVWiQ GLVHxDGDV SDUD XQ IDQRXW GH FRPSXHUWDV HV GHFLU SXHGHQ

PDQHMDU DGHFXDGDPHQWH FDUJDV WtSLFDV 77/

&255,(17(6 '( &2572&,5&8,72

+D\ GRV FRQGLFLRQHV GH FRUWRFLUFXLWR TXH GHEHUiQ VHU HYLWDGDV SDUD ODV SXHUWDV FRQ VDOLGD HQ 7RWHP

3ROH

6DOLGD HQ FRUWRFLUFXLWR D WLHUUD &XDQGR OD VDOLGD GH XQD SXHUWD OyJLFD VH FRQHFWD SRU DFFLGHQWH DWLHUUD HO SHRU GH ORV FDVRV VH WLHQH FXDQGR OD VDOLGD LQWHQWD LU D HVWDGR DOWR WUDQVLVWRU 4 HQ

VDWXUDFLyQ \ 4 HQ FRUWH HQWRQFHV HO IDEULFDQWH HVSHFLILFD XQD FRUULHQWH Pi[LPD GH FRUWRFLUFXLWR

TXH QR GHEHUi SHUPDQHFHU SRU PXFKR WLHPSR

6DOLGD HQ FRUWRFLUFXLWR FRQ RWUD VDOLGD &XDQGR DFFLGHQWDOPHQWH VH FRQHFWDQ GRV VDOLGDV GHFRPSXHUWDV WRWHP SROH HO SHUR GH ORV FDVRV VH WLHQH FXDQGR XQD GH ODV VDOLGDV LQWHQWD LU D HVWDGR

DOWR PLHQWUDV TXH OD RWUD HVWi HQ EDMR HQWRQFHV HO WUDQVLVWRU 4 GH OD SULPHUD R HO 4 GH OD VHJXQGD

VH GDxDUiQ VL OD FRQGLFLyQ GXUD PXFKR WLHPSR


53

130

Vcc = +5 V

Q3

Q4

D1

IscON

OFF

H (?)

130

Vcc = +5 V

Q3

Q4

D1

Isc

130

Q3

Q4

D1

130

Vcc = +5 V

Q3

Q4

D1

Isc

ON

OFF

ON

OFF

H(?)

L(?)

Figura 8: Salida en cortocircuito a tierra.

Salida en cortocircuito con otra salida.- Cuando (accidentalmente) seconectan dos salidas de compuertas totem pole, el peor de los casos se tienecuando una de las salidas intenta ir a estado alto, mientras que la otra esta enbajo, entonces, el transistor Q4 de la primera o el Q3 de la segunda se danaransi la condicion dura mucho tiempo.

$Vt FXDQGR VH GLFH TXH XQD SXHUWD WLHQH XQ )$1 287 GH VLJQLILFD TXH HVWD SXHGH DOLPHQWDU R

GUHQDU VLQ SUREOHPDV OD FRUULHQWH GH SXHUWDV FRQHFWDGDV D VX VDOLGD (Q RFDVLRQHV HO IDEULFDQWH

HVSHFLILFD HVWD GDWR PHQFLRQDQGR TXH OD SXHUWD VRSRUWD FDUJDV WtSLFDV GH OD IDPLOLD HQ FXHVWLyQ

/DV FRPSXHUWDV 77/ HVWiQ GLVHxDGDV SDUD XQ IDQRXW GH FRPSXHUWDV HV GHFLU SXHGHQ

PDQHMDU DGHFXDGDPHQWH FDUJDV WtSLFDV 77/

&255,(17(6 '( &2572&,5&8,72

+D\ GRV FRQGLFLRQHV GH FRUWRFLUFXLWR TXH GHEHUiQ VHU HYLWDGDV SDUD ODV SXHUWDV FRQ VDOLGD HQ 7RWHP

3ROH

6DOLGD HQ FRUWRFLUFXLWR D WLHUUD &XDQGR OD VDOLGD GH XQD SXHUWD OyJLFD VH FRQHFWD SRU DFFLGHQWH DWLHUUD HO SHRU GH ORV FDVRV VH WLHQH FXDQGR OD VDOLGD LQWHQWD LU D HVWDGR DOWR WUDQVLVWRU 4 HQ

VDWXUDFLyQ \ 4 HQ FRUWH HQWRQFHV HO IDEULFDQWH HVSHFLILFD XQD FRUULHQWH Pi[LPD GH FRUWRFLUFXLWR

TXH QR GHEHUi SHUPDQHFHU SRU PXFKR WLHPSR

6DOLGD HQ FRUWRFLUFXLWR FRQ RWUD VDOLGD &XDQGR DFFLGHQWDOPHQWH VH FRQHFWDQ GRV VDOLGDV GHFRPSXHUWDV WRWHP SROH HO SHUR GH ORV FDVRV VH WLHQH FXDQGR XQD GH ODV VDOLGDV LQWHQWD LU D HVWDGR

DOWR PLHQWUDV TXH OD RWUD HVWi HQ EDMR HQWRQFHV HO WUDQVLVWRU 4 GH OD SULPHUD R HO 4 GH OD VHJXQGD

VH GDxDUiQ VL OD FRQGLFLyQ GXUD PXFKR WLHPSR


53

130

Vcc = +5 V

Q3

Q4

D1

IscON

OFF

H (?)

130

Vcc = +5 V

Q3

Q4

D1

Isc

130

Q3

Q4

D1

130

Vcc = +5 V

Q3

Q4

D1

Isc

ON

OFF

ON

OFF

H(?)

L(?)

Figura 9: Salida en cortocircuito con otra salida.

4.2 Manejo de entradas abiertas y no usadas 10

4.2. Manejo de entradas abiertas y no usadas

En las compuertas TTL las entradas abiertas(no usadas) actuan como un 1logico, ya que se requiere que una corriente circule de las entradas del emisormultiple a tierra (o VCESAT

) para que se produzca un 0. Sin embargo, los fab-ricantes de TTL recomiendan no dejar entradas abiertas, porque estas son su-ceptibles a ruidos, teniendose las siguientes alternativas para evitar esto:

Resistencias “Pull Up” y “Pull Down”.- Las entradas no usadas en unacompuerta AND, o NAND pueden ser aseguradas a un 1 logico, conectandolasa +5V por medio de una resistencia “pull up”, como se muestra en la siguientefigura, en forma similar, las entradas de una compuerta OR o NOR se puedenasegurar a un 0 logico conectandolas a tierra a traves de una resistencia “pulldown”.

0$1(-2 '( (175$'$6 $%,(57$6 < 12 86$'$6

(Q ODV FRPSXHUWDV 77/ ODV HQWUDGDV DELHUWDV QR XVDGDV DFW~DQ FRPR XQ OyJLFR \D TXH VH

UHTXLHUH TXH XQD FRUULHQWH FLUFXOH GH ODV HQWUDGDV GHO HPLVRU P~OWLSOH D WLHUUD y 9&(VDW SDUD TXH VH

SURGX]FD XQ 6LQ HPEDUJR ORV IDEULFDQWHV GH 77/ UHFRPLHQGDQ QR GHMDU HQWUDGDV DELHUWDV SRUTXH

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SHQGLHQWH


54

+5 V

1 K

1 KY = AB

Y = A+B

A

A

B

BPull Up

Pull Down

Figura 10: Resistencias de Pull-Up y Pull-Down

Conexion de Entradas no Usadas a Entradas Usadas.- Otra alternativapara no dejar entradas abiertas es la de cortocircuitar las entradas no usadas ala otra de la misma puerta que sı se esta usando, aprovechando la propiedad deidempotencia del algebra booleana. Al usar esta conexion se debe tener cuidadoal calcular el “fanout” (numero de entradas conectadas a una salida).

5 Consideraciones practicas sobre circuitos TTL 11

5. Consideraciones practicas sobre circuitos TTL

Un circuito TTL con unas salida totem-pole tiene limitada la cantidad decorriente que puede absorber (16 mA para la logica TTL estandar y a 20 mApara la logica TTL AS). En muchas aplicaciones especiales, una puerta tiene queexcitar a dispositivos externos tales como LEDs, lamparas o reles, que puedenrequerir mas corriente que la que proporcionan estos dispositivos.

Generalmente para excitar LEDs, lamparas o reles, se utilizan circuitos consalidas en colector abierto. El transistor de salida se conecta al LED o a lalampara como se muestra en la Figura 11. Se utiliza una resistencia de limitacionpara mantener la corriente por debajo de la corriente maxima del LED. Cuandola salida de la puerta sea un nivel bajo, el LED se encendera.




Tabla 4-3. Comparación de familias lógicas TTL.

Familia Descriptor Fan-out tpD (ns) Potencia/puerta (mW)

Estándar 74XX 10 9 10

Bajo consumo 74LXX 2,5 33 1

Schottky 74SXX 12,5 3 19

Schottky bajo consumo 74LSXX 5 9,5 2

Schottky avanzada 74ASXX 1,5 8,5

Schottky bajo consumo avanzada

74ALSXX 4 1

4.6. Consideraciones prácticas sobre circuitos TTL.

Un circuito TTL con unas salida totem-pole tiene limitada la cantidad de corriente que puede absorber (16 mA para la lógica TTL estándar y a 20 mA para la lógica TTL AS).

En muchas aplicaciones especiales, una puerta tiene que excitar a dispositivos externos tales como LEDs, lámparas o relés, que pueden requerir más corriente que la que proporcionan estos dispositivos.

Generalmente para excitar LEDs, lámparas o relés, se

utilizan circuitos con salidas en colector abierto. El transistor de salida se conecta al LED o a la lámpara como se muestra en la Figura 4-19. Se utiliza una resistencia de limitación para mantener la corriente por debajo de la corriente máxima del LED. Cuando la salida de la puerta sea un nivel bajo, el LED se encenderá.

Otra consideración importante es que las entradas sin conectar de una puerta TTL

actúan como si tuvieran un nivel lógico alto. Sin embargo, debido a la sensibilidad al ruido, es mejor no dejar las entradas no utilizadas desconectadas.

+5 V

Figura 4-19 Excitación de un LED. Figura 11: Excitacion de un LED.

Otra consideracion importante es que las entradas sin conectar de una puertaTTL actuan como si tuvieran un nivel logico alto. Sin embargo, debido a lasensibilidad al ruido, es mejor no dejar las entradas no utilizadas desconectadas.

6 Tipos de salidas 12

6. Tipos de salidas

Hasta ahora solo se ha nombrado el tipo de salida totem-pole, pero los cir-cuitos TTL disponen de otros tipos de salida: en colector abierto y tri-estado.

1. Totem- pole: Es el tipo de salida mas usual. Hay que tener en cuenta queno podemos unir las salidas de circuitos totem-pole (Figura 12) porque seproduce una corriente excesiva y darıa lugar a danos en el dispositivo.




Figura 4-13. Puerta NAND TTL de dos entradas.

4.4.- Tipos de salidas. Hasta ahora sólo se ha nombrado el tipo de salida totem-pole, pero los circuitos TTL

disponen de otros tipos de salida: en colector abierto y tri-estado.

1. Totem- pole: Es el tipo de salida más usual. Hay que tener en cuenta que no podemos unir las salidas de circuitos totem-pole (Figura 4-14) porque se produce una corriente excesiva y daría lugar a daños en el dispositivo.

Figura 4-14. Uso incorrecto de circuitos con salida totem-pole.

2. Open–Colector: La salida se toma del colector del transistor T3 (Figura 4-15). Para que el circuito funcione se debe conectar una resistencia de pull-up externa entre la salida y la fuente de alimentación. Cuando T3 no conduce la salida es llevada a Vcc a través de la resistencia externa. Cuando T3 se satura, la salida se lleva a un potencial próximo a tierra a través del transistor saturado.

La elección del valor de la resistencia es un compromiso entre la disipación de potencia y la velocidad. Las resistencias de valor alto reducen al corriente de colector, y por tanto la potencia, pero también limitan la velocidad. Aún con valores de resistencia bajos el circuito en colector abierto no es tan rápido como el totem-pole.

4KΩ

Vcc= +5V

0 V

X

1.6KΩ 130Ω

1KΩ D2 D1

T1 T2

D3

T3

T4

A

B

A B X

0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

X

AB

C

D

0 V

X

+5V

D3

T3

T4

0 V

Y

+5V

D3

T3

T4 ON

ON OFF

OFF

Figura 12: Uso incorrecto de circuitos con salida totem-pole.

2. OpenColector: La salida se toma del colector del transistor T3 (Figura13). Para que el circuito funcione se debe conectar una resistencia depull-up externa entre la salida y la fuente de alimentacion. Cuando T3no conduce la salida es llevada a Vcc a traves de la resistencia externa.Cuando T3 se satura, la salida se lleva a un potencial proximo a tierra atraves del transistor saturado.

La eleccion del valor de la resistencia es un compromiso entre la disipacionde potencia y la velocidad. Las resistencias de valor alto reducen al corri-ente de colector, y por tanto la potencia, pero tambien limitan la velocidad.Aun con valores de resistencia bajos el circuito en colector abierto no estan rapido como el totem-pole.2º I.T.I (ELECTRICIDAD) Electrónica Digital (HB4)



Figura 4.15. Puerta NAND TTL salida open-colector.

Una de las ventajas de las puertas de colector abierto es que sus salidas se pueden conectar en paralelo para formar una configuración AND cableada. La función AND cableada resulta de particular interés cuando se deben combinar muchas entradas, pues se elimina la necesidad de disponer de puertas de muchas entradas. En todos los circuitos de AND cableada se requiere una resistencia externa (Figura 4-16).

(a) Salidas open-colector (b) Salidas totem-pole

Figura 4-16. Conexión AND de salidas.

R 4KΩ

Vcc= +5V

0 V

X

1.6KΩ

1KΩ D2 D1

T1 T2

T3

A

B

X

AB

C

G H

EF

D

V

X

Z

Y

X = V·X·Y·Z oc

oc

oc

oc

X

Vcc

AB

C

G H

EF

D

V

X

Z

Y

X = V·X·Y·Z

Vcc (a)

Rp

‘0’

ON T1

OFF T3

OFF T2

Figura 4-17. AND cableada. (a) Una o más salidas a ‘0’ .(b) Todas las salidas a ‘1’.

Vcc (b)

Rp

‘1’

OFF T1

OFF T3

OFF T2

Figura 13: Puerta NAND TTL salida open-colector.


Una de las ventajas de las puertas de colector abierto es que sus salidas sepueden conectar en paralelo para formar una configuracion AND cableada.La funcion AND cableada resulta de particular interes cuando se debencombinar muchas entradas, pues se elimina la necesidad de disponer depuertas de muchas entradas. En todos los circuitos de AND cableada serequiere una resistencia externa (Figura 14).








R 4KΩ

Vcc= +5V

0 V

X

1.6KΩ

1KΩ D2 D1

T1 T2

T3

A

B

X

AB

C

G H

EF

D

V

X

Z

Y

X = V·X·Y·Z oc

oc

oc

oc

X

Vcc

AB

C

G H

EF

D

V

X

Z

Y

X = V·X·Y·Z

Vcc (a)

Rp

‘0’

ON T1

OFF T3

OFF T2


Vcc (b)

Rp

‘1’

OFF T1

OFF T3

OFF T2

(a) Salidas open-colector








R 4KΩ

Vcc= +5V

0 V

X

1.6KΩ

1KΩ D2 D1

T1 T2

T3

A

B

X

AB

C

G H

EF

D

V

X

Z

Y

X = V·X·Y·Z oc

oc

oc

oc

X

Vcc

AB

C

G H

EF

D

V

X

Z

Y

X = V·X·Y·Z

Vcc (a)

Rp

‘0’

ON T1

OFF T3

OFF T2


Vcc (b)

Rp

‘1’

OFF T1

OFF T3

OFF T2

(b) Salidas totem-pole

Figura 14: Conexion AND de salidas.








R 4KΩ

Vcc= +5V

0 V

X

1.6KΩ

1KΩ D2 D1

T1 T2

T3

A

B

X

AB

C

G H

EF

D

V

X

Z

Y

X = V·X·Y·Z oc

oc

oc

oc

X

Vcc

AB

C

G H

EF

D

V

X

Z

Y

X = V·X·Y·Z

Vcc (a)

Rp

‘0’

ON T1

OFF T3

OFF T2


Vcc (b)

Rp

‘1’

OFF T1

OFF T3

OFF T2

Figura 15: AND cableada. (a) Una o mas salidas a “0” .(b) Todas las salidas a“1”.


3. Tri-estado. Las puertas logicas convencionales tienen dos estados de sali-da posibles: “0” y “1”. En algunas circunstancias resulta conveniente con-tar con un tercer estado que corresponde a una condicion de alta impedan-cia, en la que se permite que la salida flote.

El voltaje de salida estara determinado por el circuito exterior que seconecte. La salida de la puerta se habilita o se deshabilita mediante unasenal de control (Figura 16). Los dispositivos de tres estados se usan enla creacion de buses en los que las salidas de varios dispositivos estanconectadas entre sı. Cada dispositivo puede entonces colocar datos sobrela lınea siempre y cuando se habilite la salida de un solo dispositivo a lavez.

Las salidas deshabilitadas no afectaran a la senal del bus. La salida dela puerta se habilita o deshabilita mediante una entrada de control C. LaFigura 16 muestra una puerta con una entrada de control C activa a nivelbajo, es decir, la salida se habilita si C =0.




3. Tri-estado. Las puertas lógicas convencionales tienen dos estados de salida posibles: ‘0’ y ‘1’. En algunas circunstancias resulta conveniente contar con un tercer estado que corresponde a una condición de alta impedancia, en la que se permite que la salida flote. El voltaje de salida estará determinado por el circuito exterior que se conecte. La salida de la puerta se habilita o se deshabilita mediante una señal de control (Figura 4-18). Los dispositivos de tres estados se usan en la creación de buses en los que las salidas de varios dispositivos están conectadas entre sí. Cada dispositivo puede entonces colocar datos sobre la línea siempre y cuando se habilite la salida de un solo dispositivo a la vez. Las salidas deshabilitadas no afectarán a la señal del bus. La salida de la puerta se habilita o deshabilita mediante una entrada de control C. La Figura 4-18 muestra una puerta con una entrada de control C activa a nivel bajo, es decir, la salida se habilita si C =0

(a) Funcionamiento de C.I. tri-estado (b) Uso de C.I. con salida tri-estado

Figura 4-18. Salida tri-estado.

4.5.- Otras familias TTL. Poseen características de funcionamiento particulares.

• TTL de bajo consumo (54L/74L): La serie 54L/74L se distingue por su bajo consumo de potencia. Los valores de las resistencias del circuito son mayores que las de la puerta estándar. Cuanto mayor sea la resistencia menor será la corriente, y por consiguiente, menor potencia se disipará. Sin embargo, el ahorro de potencia se paga con una pérdida de velocidad.

• TTL Schottky (54S/74S): Poseen alta velocidad porque usan transistores y diodos Schottky en lugar de los componentes tradicionales.

• TTL Schottky de bajo consumo (54LS/74LS): Combinan consideraciones de velocidad y consumo de potencia.

• TTL Schottky avanzada y Schottky de bajo consumo avanzada (54AS/74AS, 54ALS/74ALS): Son versiones avanzadas de las series S y SL. Existe una versión de las serie AS que se designa como la serie F o FAST (rápida).

X C

A

B X

C A B X 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 X X Z

(a) Funcionamiento de C.I. tri-estado




3. Tri-estado. Las puertas lógicas convencionales tienen dos estados de salida posibles: ‘0’ y ‘1’. En algunas circunstancias resulta conveniente contar con un tercer estado que corresponde a una condición de alta impedancia, en la que se permite que la salida flote. El voltaje de salida estará determinado por el circuito exterior que se conecte. La salida de la puerta se habilita o se deshabilita mediante una señal de control (Figura 4-18). Los dispositivos de tres estados se usan en la creación de buses en los que las salidas de varios dispositivos están conectadas entre sí. Cada dispositivo puede entonces colocar datos sobre la línea siempre y cuando se habilite la salida de un solo dispositivo a la vez. Las salidas deshabilitadas no afectarán a la señal del bus. La salida de la puerta se habilita o deshabilita mediante una entrada de control C. La Figura 4-18 muestra una puerta con una entrada de control C activa a nivel bajo, es decir, la salida se habilita si C =0

(a) Funcionamiento de C.I. tri-estado (b) Uso de C.I. con salida tri-estado

Figura 4-18. Salida tri-estado.

4.5.- Otras familias TTL. Poseen características de funcionamiento particulares.

• TTL de bajo consumo (54L/74L): La serie 54L/74L se distingue por su bajo consumo de potencia. Los valores de las resistencias del circuito son mayores que las de la puerta estándar. Cuanto mayor sea la resistencia menor será la corriente, y por consiguiente, menor potencia se disipará. Sin embargo, el ahorro de potencia se paga con una pérdida de velocidad.

• TTL Schottky (54S/74S): Poseen alta velocidad porque usan transistores y diodos Schottky en lugar de los componentes tradicionales.

• TTL Schottky de bajo consumo (54LS/74LS): Combinan consideraciones de velocidad y consumo de potencia.

• TTL Schottky avanzada y Schottky de bajo consumo avanzada (54AS/74AS, 54ALS/74ALS): Son versiones avanzadas de las series S y SL. Existe una versión de las serie AS que se designa como la serie F o FAST (rápida).

X C

A

B X

C A B X 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 X X Z

(b) Uso de C.I. con salida tri-estado

Figura 16: Salida tri-estado.

7 Evolucion de las familias TTL 15

7. Evolucion de las familias TTL

Familia Caracterısticas

74 Es la mas antigua, fue introducida en 1963.74H High Speed TTL.74L Low Power TTL.

El desarrollo de los transistores Schottky y su introduccion en los anos 70 en la familia TTL hizo obsoletas las familias 74, 74H, 74L.74S Schottky TTL. Es la primera familia que utiliza transistores Schottky. Mejora mucho la velocidad de la serie 74 pero con mucho mas consumo.

74LS Low power Schottky TTL. Es la TTL mas utilizada y la menos costosa Iguala la velocidad de la serie 74 TTL pero consume una quinta parte.74AS Advanced Shottky TTL. Ofrece el doble de velocidad que la 74S con la mitad de consumo.

74ALS Advanced Low Power Schottky TTL. Ofrece velocidades y consumos mejores que la LS. Rivaliza con la LS.74F Fast TTL. Posicionada entre la AS y la ALS.

Cuadro 1: Evolucion de la Familia TTL

familia ttl

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