ELECTRÓNICA UNIDAD 4 LÓGICA COMBINACIONAL PIERRE SERGEI ZUPPA AZÚA.

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1 ELECTRÓNICA UNIDAD 4 LÓGICA COMBINACIONAL PIERRE SERGEI ZUPPA AZÚA

2 TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS
TTL: transistor. CMOS: Es un tipo de memoria que contiene información sobre la configuración del sistema. ECL: Lógica Emisores acoplados.

3 TTL Transistor-Transistor Logic es una tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL, los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares. Características: Su tensión de alimentación comprende entre los 4.75 V y los 5.25 V. Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0.0 V y 0.8 V para el estado L (bajo) y los 2.4 V y Vcc para el estado H (alto). Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a través de circuitos adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves pérdidas).

4 CARACTERÍSTICAS TTL POR SERIE
Voltaje nominal de 5 V. La serie 74 de 4.75 a 5.25 V. La serie 74 temperaturas de 0 ºC. hasta 70 ºC. La serie 54 de 4.5 hasta 5.5 V. La serie 54 temperaturas de -55 ºC a 125 ºC. La serie 54 tiene un costo mayor dada su mayor tolerancia. Esta serie se emplea sólo en aplicaciones donde debe mantenerse la operación confiable sobre un amplio margen de condiciones externas. Rangos de voltaje de alimentación y temperatura: Las series 74 y 54 utilizan una fuente de alimentación (Vcc) con un voltaje nominal de 5V. La serie 74 funciona en un rango de 4.75 a 5.25 V de manera confiable. Mientras que la serie 54 puede tolerar una variación en el voltaje desde 4.5 hasta 5.5 V. La serie 74 está diseñada para trabajar de manera adecuada en temperaturas ambientales que van desde 0 ºC hasta 70 ºC, mientras que la serie 54 los hace en temperaturas ambientales desde -55 ºC hasta 125 ºC. la serie 54 tiene un costo mayor dad su mayor tolerancia en variaciones de voltaje y temperatura. Esta serie se emplea sólo en aplicaciones donde debe mantenerse la operación confiable sobre un amplio margen de condiciones externas. Ejemplos de éstas son las aplicaciones militares y espaciales.

5 ENTRADAS NO CONECTADAS (FLOTANTES)
Cualquier entrada en un circuito TTL que se deja desconectada, actúa como un 1 lógico aplicado a esa entrada, debido a que en cualquier caso la unión o diodo base-emisor de la entrada no será polarizado en sentido directo. Entradas no conectadas (flotantes): cualquier entrada en un circuito TTL que se deja desconectada (abierta) actúa exactamente como un 1 lógico aplicado a esa entrada, debido a que en cualquier caso la unión o diodo base-emisor de la entrada no será polarizado en sentido directo. Esto significa que en cualquier CI TTL, todas las entradas son 1 si no se conectan a alguna señal lógica o a tierra. Cuando una entrada se deja sin conectar, se dice que es flotante.

6 DIFERENCIAS DE LA SERIE 74
74 74S 74LS 74AS 74ALS 74F PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO Retraso de Propagación (ns) 9 3 9.5 1.7 4 Disipación de Potencia (mW) 10 20 2 8 1.2 6 Producto Velocidad-Potencia(Pj) 90 60 19 13.6 4.8 18 Máxima Frecuencia de Reloj (MHz) 35 125 45 200 70 100 Factor de carga de la salida para la misma serie 40 33 PARÁMETROS DE VOLTAJE VOH (min) 2.4 2.7 2.5 VOL (máx) 0.4 0.5 VIH (min) VIL (máx) 0.8

7 CMOS Complementary metal-oxide-semiconductor Se emplea la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas. Uno de los principales motivos del empleo de la lógica CMOS es su “muy bajo consumo de potencia”.

8 CMOS VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN
Las series 4000 y 74C funcionan con valores de VDD, que van de 3 a 15 V Las series 74HC y 74RCT funcionan con un menor margen de 2 a 6 V. Cuando se emplean dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usual que el voltaje de alimentación sea de 5. Cuando las salidas CMOS manejan sólo entradas CMOS, los niveles de voltaje de la salida pueden estar muy cercanos a 0 V para el estado bajo, y a VDD para el estado alto. Los requerimientos de voltaje en la entrada para dos estados lógicos se expresa como un porcentaje del voltaje de alimentación. VOLTAJE DE ALIMENTACIÓN Las series 4000 y 74C funcionan con valores de VDD, que van de 3 a 15 V, por lo que la regulación del voltaje no es un aspecto crítico. Las series 74HC y 74RCT funcionan con un menor margen de 2 a 6 V. Cuando se emplean dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usual que el voltaje de alimentación sea de 5 V para que una sola fuente de alimentación de 5 V proporcione VDD para los dispositivos CMOS y VCC para los TTL. Si los dispositivos CMOS funcionan con un voltaje superior a 5 V para trabajar junto con TTL se deben de tomar medidas especiales.

9 CMOS NIVELES DE VOLTAJE
VOL (MAX) 0V VOH (MIN) VDD VIL (MAX) 30% VDD VIH (MIN) 70% VDD De esta forma, cuando un CMOS funciona con VDD = 5 V, acepta voltaje de entrada menor que VIL(máx) = 1.5 V como BAJO, y cualquier voltaje de entrada mayor que VIH (mín) = 3.5 V como ALTO.

10 CMOS INMUNIDAD AL RUIDO
Los márgenes de ruido son los mismos en ambos estados y dependen de VDD. En VDD = 5 V, los márgenes de ruido son 1.5 V. Observamos una mayor inmunidad al ruido que las TTL. 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 VIH mín. 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): VOH mín = VIH mín + VNIH Para determinar el valor de VOLmáx aplicamos el mismo criterio pero utilizando el margen de ruido a nivel bajo (VNIL): VOLmáx = VILmáx - VNIL Margen de ruido a nivel bajo (VNIL): VNIL = VILmáx - VOLmáx Margen de ruido a nivel alto (VNIH): VNIH = VOHmín – VIHmín Los márgenes de ruido son los mismos en ambos estados y dependen de VDD. En VDD = 5 V, los márgenes de ruido son 1.5 V. Observamos una mayor inmunidad al ruido que las TTL, siendo CMOS una atractiva alternativa para aplicaciones que están expuestas a un medio con mucho ruido. Evidentemente, los márgenes ruido pueden mejorarse utilizando un valor mayor de VDD a expensas de un mayor consumo de potencia debido al mayor voltaje de alimentación.

11 CMOS SUSCEPTIBILIDAD A LA CARGA ESTÁTICAS
Las familias lógicas MOS son especialmente susceptibles a daños por carga electrostática a consecuencia directa de la alta impedancia de entrada de estos CI. Una pequeña carga electrostática que circule por estas altas impedancias puede dar origen a voltajes peligrosos. Están protegidos mediante la inclusión en sus entradas de diodos zéner de protección. SUSCEPTIBILIDAD A LA CARGA ESTÁTICAS Las familias lógicas MOS son especialmente susceptibles a daños por carga electrostática. Esto es consecuencia directa de la alta impedancia de entrada de estos CI. Una pequeña carga electrostática que circule por estas altas impedancias puede dar origen a voltajes peligrosos. Los CMOS están protegidos contra daño por carga estática mediante la inclusión en sus entradas de diodos zéner de protección. Diseñados para conducir y limitar la magnitud del voltaje de entrada a niveles muy inferiores a los necesarios para provocar daño. Si bien los zéner por lo general cumplen con su finalidad, algunas veces no comienzan a conducir con la rapidez necesaria para evitar que el CI sufra daños. Por consiguiente, sigue siendo buena idea observar las precauciones de manejo presentadas antes para todos los CI.

12 SERIES CMOS Series 4000/14000 Serie 74C Serie 74HC Serie 74HCT
74AC/ACT Es la línea más usada. La disipación de potencia de estado estático de los circuitos lógicos es muy baja. Los niveles lógicos de voltaje son 0 V para 0 lógico y VDD para 1 lógico. VDD puede estar entre 3 V a 15 V. Todas las entradas deben estar conectadas a algún nivel de voltaje. Es compatible terminal por terminal y función por función, con los dispositivos TTL que tienen el mismo número. Esto hace posible remplazar algunos circuitos TTL por un diseño equivalente CMOS. Por ejemplo, 74C74 puede remplazar al CI TTL 7474. Alta velocidad de conmutación. Mejor de la serie 74C. Mayor capacidad de corriente en las salidas. Es una serie de alta velocidad, y está diseñada para ser compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos TTL, es decir, las entradas pueden provenir de salidas TTL. Funcionalmente equivalente con las diversas series de TTL pero no es compatible con terminales con el TTL. La razón es que las ubicaciones de las terminales en los microcircuitos 74AC o 74ACT se han seleccionado para mejorar la inmunidad al ruido, con lo cual las entradas a dispositivos son menos sensibles a los cambios de señal que las que ocurren en las terminales de otros CI.

13 DIFERENCIAS ENTRE LAS FAMILIAS CMOS Y TTL
Usan transistores bipolares Usan transistores MOSFET Requieren de mucho menos espacio (área en el CI) debido a lo compacto de los transistores MOSFET. Tiene menor consumo de potencia.

14 TTL Schottky de baja potencia (LS) Fairchild 4000B CMOS (con Vc c= 5V)
PARÁMETRO TTL estándar TTL 74L TTL Schottky de baja potencia (LS) Fairchild 4000B CMOS (con Vc c= 5V) Fairchild 4000B CMOS (con Vcc = 10V) Tiempo de propagación de puerta 10ns 33ns 5ns 40ns 20ns Frecuencia máxima de funcionamiento 35 MHz 3 MHz 45 MHz 8 MHz 16 MHz Potencia disipada por puerta 10 mW 1 mW 2 mW 10 nW Margen de ruido admisible 1 V 0.8 V 2 V 4 V Fan out 10 20 50*

15 COMPUERTAS LÓGICAS Negativa Positiva
Son circuitos que generan voltajes de salida en función de la combinación de entrada correspondientes a las Funciones Lógicas. Trabajan con dos estados lógicos (0, 1), los cuales pueden asignarse de acuerdo con la lógica positiva, o a la lógica negativa. Positiva Negativa

16 FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS

17 COMPUERTAS EN LA TECNOLOGÍA TTL
AND LS08 OR 74LS32 NOT 74LS04 NAND 74LS00 NOR 74LS02 XOR 74LS86 XNOR

18 FLIP - FLOPS Es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas, las cuales son: Asíncronas: sólo tienen entradas de control. Sincrónicas: además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj la cual puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Biestables síncronos activados por Nivel están los tipos RS y D. Flancos los tipos JK, T y D.

19 TIPOS DE FLIP FLOP

20 ÁLGEBRA DE BOOLE Desarrollada inicialmente para representar las formas de razonamiento lógico. Variable booleana: sólo puede tomar dos valores (V/F, 0 o 1) Operaciones booleanas: Negación: complemento Suma booleana: = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 1 Producto booleano: 0 · 0 = 0 0 · 1 = 0 1 · 0 = 0 1 · 1 = 1 Función booleana: variables booleanas operadas entre sí mediante operaciones booleanas.

21 TABLAS DE VERDAD Muestran el resultado de una operación lógica para cada una de las combinaciones de entradas posibles. Complemento Suma Producto A B A+B 1 A B A•B A A 0 1 1 0 1

22 TEOREMAS DEL ÁLGEBRA DE BOOLE
Teorema 1: Ley interna El resultado de aplicar cualquiera de las tres operaciones del álgebra de Boole a variables booleanas es otra nueva variable booleana y el resultado es único. Teorema 2: Ley de idempotencia A+A=A A•A=A Teorema 3: Ley de involución Teorema 4: Ley conmutativa Respecto de la suma: A+B=B+A Respecto del producto: A•B= B•A

23 TEOREMAS DEL ÁLGEBRA DE BOOLE
Teorema 5: Ley asociativa Respecto de la suma: A+(B+C)=(A+B)+C=A+B+C Respecto del producto: A•(B•C)=(A•B)•C=A•B•C Teorema 6: Ley distributiva Respecto de la suma: A+B•C= (A+B)•(A+C) Respecto del producto: A•(B+C)=A•B+A•C Teorema 7: Ley de absorción A+A•B=A A•(A+B)=A

24 TEOREMAS DEL ÁLGEBRA DE BOOLE

25 FUNCIONES LÓGICAS ELEMENTALES
Puertas lógicas: definen funciones booleanas básicas A Función NOT (COMPLEMENTO, NO) A A+B A B Función OR (SUMA, O) A B A·B Función AND (PRODUCTO, Y) El número de variables de entrada no está limitado a dos:

26 FUNCIONES LÓGICAS ELEMENTALES
Función NOR (no O) Función NAND (no Y) A B S A B S A B S Función XOR (O exclusiva) Función XNOR (equivalencia) A B S

27 FUNCIONES LÓGICAS: COMPUERTAS NAND
A B S Complemento Suma Producto

28 FUNCIONES LÓGICAS COMPUERTAS NOR
A B S Complemento Suma Producto