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Otra simbologa de compuertas Adems de la simbologa tradicional, se tiene el

siguiente estndar:

1 xA

A & xB

A 1 xB

A & xB

A 1 xB

TAREA: Averiguar la representacin de la compuerta XOR

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Circuitos IntegradosCircuitos Integrados

CaracterCaractersticas bsticas bsicas. sicas. Principios de operaciPrincipios de operacin. n. Criterios de selecciCriterios de seleccin.n.

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Conceptos bsicos Qu son los Circuitos Integrados?

Son una coleccin de resistencias, diodos y transistores fabricados sobre una sola pieza de material semiconductor (generalmente silicio) denominado sustrato. Se le llama IC, CI o Chip.Los IC vienen en encapsulados de cermica o plstico con terminales que permiten conectarlo con otros dispositivos. El tipo ms comn de encapsulado es el de doble lnea (DIP:dual-in-line package)

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Conceptos bsicos

Tipos y caractersticas de los encapsulados Existen encapsulados de 8, 14, 16, 20, 24, 28, 40, 64 y

mas terminales. La cpsula tiene impresa la informacin respecto al

fabricante, la referencia del dispositivo y la fecha de fabricacin.

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Conceptos bsicos Tipos y caractersticas de los encapsulados En la presentacin tipo DIP, los pines de acceso estn

espaciados entre si 2.5mm.

1 7

814

Cdigo 74XXYY

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Conceptos bsicos Tipos y caractersticas de los encapsulados Adems de la presentacin tipo DIP existen: la cpsula metlica (T0-5),

la plana y la SMT. Actualmente se utilizan mas las cpsulas SMT (Surface-Mount

Technology) o de montaje superficial. Son 4 veces mas pequeos que los DIP y se sueldan sobre la placa del impreso, es decir no necesitamos perforar la tarjeta. Encontramos los SOIC, PLCC y LCCC.

SMT SOIC (Small-Outline IC)

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Conceptos bsicos Tipos y caractersticas de los encapsulados

SMT PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)

Averiguar las medidas entre pines de los siguientes encapsulados: SOIC, SSOP, TSSP, TVSOP, PLCC, QFP, TQFP, LFBGA

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Escala de Integracin de Circuitos.Los circuitos Integrados se clasifican por su tamao y nmero de compuertas integradas en la siguiente escala de integracin:

1.- ESCALA PEQUEA DE INTEGRACION. (SSI- Small Scale Integration)Las entradas y salidas de las compuertas se conectan directamente a las terminales del encapsulado. El nmero de compuertas es menor que 12 y est limitado por el nmero de terminales disponibles en el CI.

2.- ESCALA DE INTEGRACION MEDIA. (MSI- Medium Scale Integration)Los dispositivos tienen de 12 a 99 compuertas lgicas. Ejecutan funciones digitales elementales y especficas como ocurre en los circuitos decodificadores, sumadores y registros.

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3.- INTEGRACION A GRAN ESCALA (LSI- Large Scale Integration)Los dispositivos contienen entre 100 y 9 999 compuertas lgicas en un solo encapsulado. Estos incluyen sistemas digitales como son: Los procesadores, circuitos de memorias y mdulos programables.

4.- INTEGRACION DE MUY ALTA ESCALA (VLSI-Very LargeScale Int.)Los dispositivos de esta escala contienen miles de compuertas en un solo encapsulado. Los ejemplos de ellos son las matrices de memoria grandes y los circuitos integrados para microcomputadores complejos. Debido a su pequeo tamao y su bajo costo, los dispositivos VLSI han revolucionado la tecnologa del diseo para sistemas de cmputo. Se componen de 10000 a 99 999 compuertas.

5.-INTEGRACION DE ULTRA ALTA ESCALA (ULSI- Ultra LargeScale Int.)Contiene mas de 100 000 compuertas lgicas utilizadas para sistemas de multiprocesamiento y multiprogramacin.

Escala de Integracin de Circuitos.

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FAMILIA LGICA DIGITAL1.- Lgica de Transistor a Transistor (TTL). sta familia es la ms popular y durante muchos aos se ha considerado como una norma. Fue una evolucin basada en una tecnologa previa desarrollada con diodos y transistores para la compuerta lgica NAND. Dicha tecnologa se conoca como DTL (Diode Transistor Logic). Posteriormente los diodos fueron reemplazados por transistores para mejorar el funcionamiento del circuito.2.- Lgica de Emisor Acoplado. (ECL). Esta familia proporciona los circuitos digitales de ms alta velocidad en forma integrada. La tecnologa ECL se aplica en sistemas como supercomputadoras y procesadores de seales donde es muy importante la alta velocidad.

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FAMILIA LGICA DIGITAL3.- Lgica de Transistor Metal-Oxido Semiconductor (MOS). Esta tecnologa es unipolar ya que depende del flujo de un solo tipo de portador como electrones (canal n) o huecos (canal p).4.- Familia lgica MOS Complementaria. (CMOS). Tiene transistores de canales PMOS y canales NMOS conectados de modo complementario en todos los circuitos. Las ventajas ms importantes son la alta densidad de integracin de los circuitos, la tcnica de procesamiento ms simple en su fabricacin y un funcionamiento ms econmico debido al consumo ms bajo de energa.

Las familias ms importantes son las TTL y CMOS, y a continuacin vamos a estudiar cada una de ellas.

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Caractersticas bsicas La Velocidad:Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito digital a cualquier cambio en sus entradas. Esta es una consideracin importante en el diseo de sistemas que deben realizar clculos numricos o en circuitos que trabajan con seales de alta frecuencia.

IN

OUT

Punto del 50% en el flanco de subida

Punto del 50% en la transicin de OUT de nivel bajo a nivel alto.

tpLH

IN OUT

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Caractersticas bsicas El consumo de potencia:Mide la cantidad de corriente o de potencia que consume un circuito digital en operacin. El consumo de potencia es una consideracin importante en el diseo de sistemas operados con bateras.

La inmunidad al ruido:Mide la sensibilidad de un circuito digital al ruido electromagntico ambiental. La inmunidad al ruido es una consideracin importante en el diseo de sistemas que deben trabajar en ambientes ruidosos como automviles, mquinas, circuitos de control industrial, etc.

La Confiabilidad:Mide el periodo til de servicio de un circuito digital, es decir, cunto tiempo se espera que trabaje sin fallar.

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Caractersticas bsicas Niveles de Voltaje y Estados lgicos:Se presentan los siguientes rangos (Para un mismo voltaje de alimentacin):

5V

2V

0.8V

0V

LOGICO 1

LOGICO 0Indeterminado

t

TTL5V

3.5V

1.5V

0V

LOGICO 1

LOGICO 0

Indeterminado

t

CMOS

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Caractersticas bsicas Entradas sin conectar (Flotantes):Qu ocurre cuando una entrada se deja sin conectar?En un circuito TTL las entradas que no se conectan actan como un nivel lgico de 1, y cuando esta se mide con un multmetro u osciloscopio tiene un nivel entre 1.4V y 1.8V.

En CMOS si una entrada se deja sin conexin, los resultados pueden ser desastrosos. El IC puede sobrecalentarse y a la larga destruirse. Las entradas en este caso son indeterminadas y oscilan entre un 1 y un 0 lgico.

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Familia TTLLa familia TTL est disponible en dos versiones, la serie 74 y la serie 54. La primera es de uso comn mientras la segunda se destina a usos militares.La temperatura de operacin de los TTL serie 74 es de 0 a 70C.La familia TTL se divide en las siguientes subfamilias o categoras:

7404 (Inversor)

74S04 (Inversor)

74LS04 (Inversor)

74AS04 (Inversor)

74ALS04 (Inversor)

74F04 (Inversor)

Ejemplo74

74S

74LS

74AS

74ALS

74F

PrefijoTTL estndar

TTL Schottky

TTL Schottky de baja potencia

TTL Schottky avanzada

TTL Schottky avanzada de baja potencia

TTL Rpida

Series

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Familia TTLLas caractersticas mas notables son:Alta velocidad de operacin: Pueden trabajar a frecuencias de 20MHz y en algunos casos hasta de 100MHz. La velocidad de operacin se expresa generalmente en trminos del tiempo de retardo o propagacin del chip.El tiempo de retardo o propagacin de un circuito digital es el tiempo que toma un cambio lgico en la entrada en propagarse a travs del dispositivo y producir un cambio lgico en la salida.

Alta disipacin de potencia: Es una desventaja asociada con la alta velocidad de operacin. En general cuanto mas rpido sea un circuito, mas potencia consume. La mayora de los circuitos TTL disipan entre 1 a 30 milivatios por compuerta. PD = VCC(ICCH+ICCL)/2

Tensin de alimentacin nominal de 5 voltios: Se alimentan con tensiones entre 4.75 y 5.25 voltios, pero nominalmente se toma 5V.

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Familia TTLNiveles de voltaje de 0 a 0.8V para el estado 0 y de 2.4 a 5Vpara el 1.

No se aceptan niveles negativos de voltaje: El mximo nivel negativo tolerables es de 0.5V.

Significado de los literales en los cdigos:L: Baja potenciaS: SchottkyA: AvanzadaF: Rpido

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Familia CMOSLa familia lgica CMOS utiliza transistores MOSFET complementarios (canal N y P) como elementos bsicos de conmutacin. CMOS es una abreviacin de Metal Oxide Semiconductors (Semiconductores de xido metlico).Un grupo de dispositivos CMOS se dividen en CMOS de 5V y CMOS de3.3V por su tensin de alimentacin. Estos tienen los cdigos 54 y 74, y las letras segn lo siguiente:

CMOS de 5V74HC y 74HCT: CMOS de alta velocidad. T Compatible con TTL.74AC y 74ACT: CMOS avanzada. T Compatible con TTL.74AHC y 74AHCT: CMOS de alta velocidad avanzada.

CMOS de 3.3V74LV, 74LVC: CMOS de baja tensin.74ALVC:CMOS de baja tensin avanzada.

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Familia CMOS

4001 o 14001 (NOR)

74C02 (NOR)

74HC02 (NOR)

74HCT02 (NOR)

74LVC02 (NOR)

74ALVC02 (NOR)

Ejemplo40, 45, 140 o 145

74C

74HC

74HCT

74LV, 74LVC

74ALVC

PrefijoCMOS compuerta de metal

CMOS de 5V

CMOS de 5V de alta velocidad

CMOS compatible con TTL de alta velocidad

CMOS de 3.3V de baja tensin

CMOS de 3.3V de baja tensin de avanzada

Series

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Familia CMOS

La familia lgica CMOS de alimentacin variable comprenden principalmente los dispositivos que se designan como 40XX (4012, 4029, etc.) y 45XX (4541, etc.) Existen en estas series dos grupos generales de dispositivos CMOS designados A y B. Los dispositivos de la serie A se designan con el sufijo A (ejm: 4011 = 4011A) o simplemente no lo tienen. Los de la serie B se designan con el sufijo B y deben llevarlo (4011B). La caracterstica fundamental es que los de la serie B tienen una circuiteriainterna de proteccin que reduce el dao del dispositivo por descarga electrosttica.Por lo tanto debemos preferir trabajar con dispositivos de la serie B si es el caso (40XXB, 45XXB). Pero en general para un CMOS debemos tener cuidado con su manipulacin por la EDS.

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Familia CMOSLas caractersticas mas notables son:

Buena velocidad de operacin: son tpicamente ms lentos que los TTL pero tienen una buena velocidad que llega a frecuencias de los 10MHz.

Baja disipacin de potencia: Es la ventaja mas sobresaliente. En estado de reposo una compuerta consume alrededor de 10 nanovatios. Por esta razn los circuitos CMOS se usan en circuitos que necesiten consumirpoca corriente o potencia, especialmente los que estn alimentados con pilas o bateras.

Amplios mrgenes de tensin de alimentacin: Se alimentan con tensiones entre +3 y +18 voltios, la tensin de alimentacin se designa como VDD.

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Familia CMOSNiveles de voltaje de 0 a 0.3VDD para el estado 0 y de 0.7VDD a VDD para el 1.

Alta inmunidad al ruido: Los circuitos CMOS son inmunes al ruido electromagntico, lneas de transmisin o descargas atmosfricas.

Fenmeno de las descargas Electrostticas en CMOS.Todos los dispositivos CMOS son susceptibles al dao por descarga electrosttica (ESD) entre cualquier par de pines. La electrosttica o electricidad esttica consiste en la creacin, consciente o inconsciente, de altos voltajes en la superficie de un material aislante por efecto de friccin o frotamiento.Un IC CMOS se destruye con voltajes estticos entre 250 y 3000V y cuando lo manipulamos inadecuadamente podemos aplicarle voltajes de hasta 6000 voltios de electricidad esttica.

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Fallas Comunes en IC

Mal funcionamiento de la circuitera interna. Entradas o salidas con cortocircuito a tierra o Vcc. Entradas o salidas en circuito abierto. Cortocircuito entre terminales (diferentes de tierra o Vcc)

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Preguntas : Cul es el tipo ms comn de encapsulado digital? Mencione las 5 categoras ms comunes de IC digitales de acuerdo con su grado de complejidad. V o F. Un circuito 7474 contiene la misma lgica y la misma distribucin de terminales que un IC 74LS74. V o F. Un IC 74HC74 contiene la misma lgica y la misma distribucin de terminales que un IC 7474. Cmo responden los IC CMOS y TTL a una entrada flotante?. Hacer la tabla de verdad del siguiente circuito y luego simplificarlo:

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EjercicioBuscar en Internet o un manual los siguientes IC y completar su descripcin:74LS00 Cudruple puerta NAND de dos entradas.74LS02 Cudruple puerta NOR de entradas. 74LS04 Sxtuple puerta . 74LS08 Cudruple puerta de entradas.74LS10 Triple puerta _____ de tres entradas. 74LS11 .74LS20 Doble puerta de cuatro entradas 74LS21 Doble puerta AND de entradas 74LS27 .74LS30 Puerta NAND de ocho entradas. 74LS32 Cudruple puerta de entradas.

Puede buscar en la pgina: http://www.datasheetcatalog.com/nationalsemiconductor/1/

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SimulacinSimulacin en los programas:

Electronic Workbench

CircuitMakerhttp://www.microcode.com/downloads/student.htm

Proteus