Compuertas Especiales

Existen ciertas compuertas que poseen habilidades específicas que las hacen útiles para determinados trabajos, a deferencia de las compuertas lógicas convencionales.

Estas se logran configurando la compuerta básica TTL de acuerdo a la función que se necesite, las más importantes son las:

-Colector Abierto

-Por resistencia de colector

-Totem-Pole

-Triestado

Compuerta de salida de colector Abierto:

Esta consiste en que la compuerta TTL básica se modifica de tal forma que el colector de uno de los transistores se expone, fuera del encapsulado.

Este tipo de compuertas posee diversas funciones, como el servir de interfaz entre dispositivos de la familia TTL y otro de otra familia que funciona con un nivel de voltaje diferente.

También funcionan en el control de pequeñas cargas como pequeñas lámparas o de reveladores, por otro lado también permite la construcción de compuertas AND por conexión al unir varios circuitos en paralelo.

Compuerta de resistencia de colector:

Este consiste en que una resistencia va unida al transistor y estos dos van integrados al propio circuito integrado, provocando que la resistencia conduzca, y esto también produce una disipación de potencia en la resistencia que genera un calentamiento que hay que disipar y que impide un alto grado de integración.

Compuerta de salida Totem-Pole:

Estas se caracterizan por tener una salida de impedancia determinada. Esta salida se compone de una resistencia y un capacitor. La capacitancia se carga durante pasa el tiempo, cuando el transistor de salida pasa de bajo a alto.

Se diferencia de la compuerta de colector abierto en que esta posee un transistor y un diodo más.

Compuerta de Triestado:

Esta consiste en la conexión de dos compuertas TTL de tipo Totem-Pole conectadas con conexiones alambradas de salida para formar un sistema de bus.

Esta como su nombre lo indica posee 3 estados:

-Estado de nivel bajo (0)

-Estado de nivel alto (1)

-Estado de alta impedancia (Z)

Este tipo de compuertas son comúnmente utilizadas en la construcción de buses de comunicación en los que las puertas depositan información de forma aleatoria.

Todas estas compuertas ofrecen diversos elementos que permiten diversas aplicaciones en muchos elementos electrónicos que funcionan bajo circunstancias especiales y que solo pueden funcionar bajo parámetros establecidos.

Tomado de:

http://lc.fie.umich.mx/~jfelix/LabDigI/Practicas/P6/Lab_Digital%20I-6.pdf

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2000477/lecciones/090201.htm

http://www.unicrom.com/ElectronicaDigital.asp

Familias Lógicas

Una familia lógica se puede definir como la estructura básica a partir de la cuál se pueden construir las diferentes compuertas lógicas.

Estas familias pueden clasificarse en dos grupos, dependiendo de los dispositivos semiconductores en los que se basan:

1. Familias Bipolares: Estas emplean transistores bipolares y diodos, es decir, dispositivos de unión. Las familias bipolares más importantes son la TTL y la ECL.

• TTL: (Transistor Transistor Logic). Esta familia es de las más usadas en la producción de dispositivos MSI. Esta basada en el transistor multi-emisor. Este es una transistor con una sola base, un solo conector pero con varios emisores.

Continuación se muestra el circuito básico de la tecnología TTL:

Las características básicas de esta familia son:

* El voltaje de alimentación es de 5V

*Salida de voltaje para el 0 Lógico es de 0.2V

*Salida de voltaje para el 1 Lógico es de 3.0V

También, el circuito lógico TTL básico es la compuerta NAND, y que con el transistor multi-emisor se lograr obtener las operaciones AND y OR.

Dentro de esta familia se encuentran otras:

-Serie 74L, es TTL de bajo consumo de potencia.

-Serie 74H, es TTL de alta velocidad.

-Serie 74S, es TTL Schottky

-Serie 74LS, es TTL Schottky de bajo consumo de potencia.

-Serie 74AS, es TTL Schottky avanzada.

-Serie 74ALS, es TTL Schottky avanzada de bajo consumo de potencia.

• ECL: (Emitter Coupled Logic). La familia ECL se basa en un amplificador diferencial. Esto hace que su velocidad respecto a las TTL sea mucho mejor, esto se debe a que en la tecnología ECL los transistores nunca se saturan, como suele suceder en los TTL.

La tecnología ECL no es tan utilizada como la TTL, excepto en aplicaciones de muy alta frecuencia donde su velocidad es superior, además sus márgenes de ruido son bajos pero su alto consumo de potencia la pone en desventaja frente a las otras familias.

Al igual que la familia TTL, la familia ECL tiene una salida de voltaje para el 0 Lógico que es de -1.7V y para el 1 Lógico que es de -0.8V.

2. Familias MOS: Estas emplean transistores MOSFET, es decir, transistores de efecto campo. Las familias más importantes son la CMOS y la NMOS.

• NMOS: Se basa en el uso únicamente de transistores NMOS para obtener la función lógica.

En la familia NMOS se puede construir cualquier función arbitraria, como las siguientes:

-La conexión en paralelo de 2 o más transistores actuaran como una compuerta OR

-La conexión en serie de 2 o más transistores actuaran como una compuerta AND

Sin embargo, al igual que la familia TTL, siempre devuelve el complemento de la función.

El NMOS es más veloz que el PMOS, pero también es más costoso en su fabricación, pero actualmente es el tipo de tecnología que mas se usa en la fabricación de circuitos integrados.

• CMOS: Esta familia se basa en la utilización de transistores NMOS y PMOS como interruptores, NMOS suministrando el nivel bajo y PMOS el nivel alto.

Esta familia al igual que la TTL, posee diferentes series y cada una posee una característica especial, como las series 4000 y 74C las cuales funcionan con valores de VDD de 6 a 15 V, y las series 74HC y 74 HCT funcionan con voltajes de 2 a 6 V.

Algunos dispositivos CMOS son compatibles en terminal por terminal y función con dispositivos TTL, lo que hace posible cambiar circuitos TTL por circuitos CMOS.

Al igual que con la familia NMOS, se pueden construir cualquier formula compleja, pero en cambio se cambia la disposición de los transistores

-La conexión en serie forma una operación OR

-La conexión en paralelo forma una operación AND.

Las diferentes series de las CMOS son:

-Serie 4000/14000

-Serie 74C

-Serie 74HC, CMOS de alta velocidad

-Serie 74HCT

Todas estas tecnologías permiten la producción de las compuertas que son la base de las tecnologías digitales actuales, todas teniendo características respectivas que permiten su uso en diferentes situaciones y escenarios, lo que las hace muy versátiles y útiles para el desarrollo tecnológico moderno.

Información tomada de:

http://www.uhu.es/raul.jimenez/DIGITAL_I/dig1_vii.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/NMOS

http://html.rincondelvago.com/electronica-digital_9.html

ESCALAS DE INTEGRACION

Las escalas de integración hacen referencia a la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia de un chip, dentro de un circuito integrado.

Dependiendo al número de compuertas que estén integradas al chip se dice que se encuentra en una determinada escala de integración.

Estas escalas son de gran importancia, ya que han permitido reducir en espacio muchos elementos, hasta ser capas de encontrar muchas compuertas en 1 cm2 de área.

Existen 4 escalas, dependiendo la cantidad de compuertas:

SSI / MSI / LSI / VLSI.

SSI:

(Small Scale Integration) Integración en Pequeña Escala, comprende los chips que contienen menos de de 13 compuertas.

Estos Circuitos Integrados se fabrican utilizando tecnologías TTL, CMOS Y ECL.

EJ: Compuertas y fli flops.

MSI:

(Médium Scale Integration) Integración en Mediana Escala, esta comprende a todos aquellos integrados que poseen entre 13 y 100 compuertas.

Los Circuitos Integrados MSI se fabrican utilizando tecnologías TTL, CMOS y ECL.

EJ: Codificadores, registros, contadores, multiplexores y decodificadores.

LSI:

(Large Scale Integration) Integración en Alta Escala, comprende los circuitos integrados que poseen entre 100 y 1000 compuertas; la aparición de estos IC permitió la construcción de el microprocesador.

Estos IC se fabrican utilizando tecnologías NMOS y PMOS.

EJ: Memorias, unidades lógicas y aritméticas, microprocesadores de 8 y 16 bits.

VLSI:

(Very Large Scale Integration) Integración en Muy Alta Escala, esta comprende los IC que contienen entre unas 1000 y 10000 compuertas, lo que deja de lado el uso de elementos aislados.

Estos IC se fabrican utilizando tecnologías TTL, CMOS y PMOS.

EJ: Microprocesadores de 32 bits, micro-controladores, sistemas de adquisición de datos.

Estas escalas de integración permitieron reducir el tamaño de los elementos y permitieron la interacción de más elementos en un sistema.

Estas escalas permitieron construir elementos mucho más pequeños pero con mucha más capacidad y versatilidad, por consiguiente los sistemas se hicieron mas pequeños y los aparatos también, ahorrando espacio en el lugar de trabajo.

Tomado de:

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/ESCALAS-INTEGRACION-CIRCUITOS-LOGICOS-SSI-MSI-LSI.php

http://html.rincondelvago.com/circuitos-integrados_2.html

TIPOS DE ENCAPSULADOS

Dado que los chips de silicio son muy delicados, ya que tan solo una partícula de polvo o hasta la misma luz pueden afectarlos, es necesario de una protección que no afecte el correcto funcionamiento del chip, para esto vienen protegidos con un encapsulado.

Estos tienen como base de su funcionamiento los siguientes aspectos:

• Excluir las influencias ambientales como el polvo, la humedad, la luz o hasta golpes o vibraciones; el encapsulado protege al chip de fuerzas externas.
• Permitir la conectividad eléctrica por medio de pines o esferas de soldadura, por los cuales los chips pueden intercambiar señales con el exterior.
• Disipar el calor, ya que durante su funcionamiento los chips de silicio se calientan, y si la temperatura sube demasiado el chip podría experimentar daños y producirlos en mecanismos más grandes; por esta razón los encapsulados pueden liberar el calor generado.
• Mejorar el manejo y montaje, ya que siendo tan pequeños y delicados los chips de silicio es necesario el encapsulado para un fácil manejo de este y emplearlo en algún montaje.

Dependiendo si los encapsulados poseen circuitos integrados o componentes discretos, pueden clasificarse en encapsulados CI o en encapsulados discretos.

Tipos de Encapsulado:

• CI

De inserción:

DIP / SIP / PGA

Montaje Superficial:

SOP / TSOP / QFP / SOJ / QFJ / QFN / TCP / BGA / LGA

• DISCRETOS

De inserción:

SP-8 / SST/ TO-33 / TO-92 / TO-126 / TO-220AB / TO-251

Montaje Superficial:

SC-59 / SC-62 / SC-72 / CS-74 / SC-75 / SC-84 / SC-88 / SC-85 / SC-95

TO-252 / TO-263 / HVSON / HWSON / XSOF / SOP8 / TSSOP / MLP / EFLIP

1. Encapsulados IC

DIP: Los pines de extienden a lo largo y en ambos lados del encapsulado y posee una muesca que indica el pin 1.

SIP: Los pines se encuentran a lo largo de un solo lado del encapsulado, lo que hace que se lo monte verticalmente en la plaqueta.

PGA: Los múltiples pines se encuentran en la parte inferior del encapsulado, se utilizan en su mayoría en CPU’s de computadores.

SOP: Los pines se disponen en los 2 lados más largos del encapsulado y están acomodados de una forma llamada “GULL WING FORMATION”, este es actualmente el principal encapsulado para un elemento de montaje superficial.

TSOP: Esta Es una versión mas delgada del SOP y posee los pines en los lados mas cortos.

QFP: Esta es la versión mejorada del SOP, ya que los pines se ubican en todos 4 los lados del encapsulado, es el mas usado debido a que permita mas conexiones.

SOJ: Los pines se extienden desde los 2 lados mas largos dejando un espacio en la mitad, como si fuesen 2 encapsulados en 1.

QFJ: Al igual que el encapsulado QFP, este posee los pines en sus 4 lados y sus pines forman una especie de J, al verlos de lado.

QFN: Es similar al QFP, pero en este los pines a los 4 lados se sitúan en la parte inferior del encapsulado.

TCP: En este, el chip de silicio se encapsula en forma de cintas de película, este puede ser de diversos tamaños y puede doblarse si se requiere.

BGA: Los terminales externos, que son puntos de soldadura se sitúan en formato de tabla en la parte inferior del encapsulado.

LGA: Este consiste en electrodos alineados en forma de array en su parte inferior.

2. Encapsulado Discretos:

SP-8:

SST:

TO-92:

TO-126:

TO-220AB:

TO-251:

SC-59:

SC-62:

SC-70:

SC-74:

SC-75:

SC-84:

SC-88:

SC-89:

SC-95:

TO-252:

TO-263:

HVSON:

HWSON:

MLP:

Todos los diferentes tipos de encapsulados protegen a los chips de silicio, lo que permite que funcionen con eficiencia y los hace mas fáciles de manejar y montar dentro de algún sistema, permitiendo el correcto funcionamiento del sistema en total.

Tomado de:

http://ayudaelectronica.com/tipos-de-encapsulados/

http://www.solecmexico.com/electronica/encapsulados.pdf

http://www.ucontrol.com.ar/Articulos/tipos_de_capsulas_de_circuitos_integrados/tipos_de_capsulas_de_circuitos_integrados.htm