Familias Lógicas

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La Diode-Transistor Logic (DTL), o Lógica Diodo-Transistor, es una categoría de circuitos digitales inmediatamente anterior a la TTL (Lógica Transistor-Transistor). Recibe ese nombre porque la función de la puerta lógica (p.e., AND) la realiza una red de diodos mientras que la función de amplificación es realizada por un transistor (esto contrasta con la lógica RTL y la TTL).

La DTL se basa en diodos que trabajan con tensiones de V_base =-2V y V_VCC =4V. Al tener una tensión de base de -2V se necesitaba una fuente adicional y por ello aparece en 1964 la DTL modificada.

fuente http://es.wikipedia.org/wiki/Resistor-transistor_logic

RTL es el acrónimo inglés de Resistor-Transistor logic o Lógica de Resistencia-Transistor. Fue la primera familia lógica en aparecer antes de la tecnología de integración. Pertenece a la categoría de familias lógicas bipolares, o que implican la existencia de dos tipos de portadores: electrones y huecos.

En la Figura 1, se representa, a modo de ejemplo, una puerta lógica NOR y su correspondiente circuito electrónico en l&oaacutegica RTL.

En ella se puede apreciar como en serie con la base de cada uno de los transistores se ha colocado una resistencia de compensación (Rc) de un valor lo suficientemente elevado para que la repartición de corrientes sea lo más igualada posible y no se produzca el fenómeno antes descrito.

Esta disposición de circuito presenta el inconveniente de que con la adición de la resistencia Rc aumenta el retardo de conmutación, al tener que cargarse y descargarse a través de la misma la capacidad de entrada de los transistores aunque, por otra parte, tiene la ventaja de un mayor factor de salida (fan-out). Por ello en el diseño de estos circuitos es necesario un compromiso entre factor de salida y retardo de conmutación. Valores normales son, un factor de salida de 4 ó 5, con un retardo de conmutación de 50 nanosegundos.

Por otra parte, tiene una inmunidad al ruido relativamente pobre. El margen de ruido de la tensión lógica 0 a la tensión del umbral es de unos 0.5 voltios, pero de la tensión lógica 1 a la tensión de umbral es de solamente unos 0.2 voltios.

Es posible mejorar el tiempo de propagación añadiendo un condensador en paralelo con cada una de las resistencias Rc, con lo que obtendríamos una nueva familia lógica, que se denominaría RCTL. Sin embargo, el elevado núero de resistencias y condensadores dificulta la integración por lo que tanto esta técnica, como la RTL, no se utiliza en los modernos diseños aunque pueda aún encontrarse en equipos muy antiguos.

La aparición de los circuitos DTL, con su mayor velocidad e inmunidad al ruido significó el fin de los circuitos RTL.

fuente http://es.wikipedia.org/wiki/Emitter-coupled_logic

Emitter Coupled Logic o Lógica de Emisores Acoplados pertenece a la familia de circuitos MSI implementada con tecnología bipolar; es la más rápida disponible dentro de los circuitos de tipo MSI.

Puertas con diseños ECL se han implementado hasta con tubos de vacío, y por supuesto con transistores discretos. Y la primera familia con diseño ECL, la ECL I, aparecií en el año 1962 con las primeras familias de circuitos integrados. Ya en aquella época se trataba de la familia más rápida (un retardo de propagación típico de 8ns.), y también, era ya, la que más energ&iacuta disipaba.

En la actualidad puede parecer que 8 ns es mucho cuando hay circuitos CMOS que con un consumo muy bajo (sobre todo estático) superan con creces esta prestación, pero en realidad la tecnología ECL también ha evolucionado tanto en diseño como en fabricaci6oacuten, y en la actualidad se consiguen retardos netamente inferiores al nanosegundo, con un consumo alto pero no desorbitado.

La estructura ECL se basa en un par diferencial (Q1-Q2 y Q3) en el que una rama se conecta a una tensión de referencia, que determina el umbral ALTO / BAJO y la otra rama con n transistores en paralelo a las n entradas. Del diferencial se pueden obtiener simultáneamente dos salidas con la salida y la salida negada y muy bajo jitter entre ellas. Estas salidas se llevan, finalmente, a sendos seguidores de emisor para proporcionar ganancia en corriente y el fan-out adecuado, que en muchos casos pueden alimentar líneas de 50 ohms directamente. Es común la presencia de pines de alimentació separados para estos últimos transistores ya que, a diferencia del par diferencial, su corriente varía con la señal si no están los dos transistores conectados a impedancias iguales. Alimentándolos separadamente se evita que estas variaciones alcancen el par diferencial.

Esta estructura produce simultáneamente la salida OR / NOR: cualquier entrada a nivel alto provoca que el emisor de Q5 pase a nivel alto y el de Q6 a nivel alto. Por comparación, la estructura TTL sólo produce la función NAND.

A diferencia de otras tecnologías (TTL, NMOS, CMOS), la ECL se alimenta con el positivo (V_CC) conectado a masa, siendo la alimentación entre 0 y -5,2V, habitualmente. Algunas familias permiten que V_EE sea -5V, para compartir la alimentación con circuitos TTL.

TTL es la sigla en inglés de Transistor-Transistor Logic, es decir, Lógica transistor a transistor. Es una familia lógica o lo que es lo mismo, 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.

Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75V y los 5,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.
Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 2,4V y Vcc para el estado H (alto).
La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si bien esta característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc y últimamente los CMOS: HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco más de los 250 MHz.
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).

La tecnología TTL se caracteriza por tener tres etapas, siendo la primera la que le nombra:

Etapa de entrada por emisor: se utiliza un transistor multiemisor en lugar de la matriz de diodos de DTL.
Separador de fase: es un transistor conectado en emisor común que produce en su colector y emisor señales en contrafase.
Driver: está formada por varios transistores, separados en dos grupos. El primero va conectado al emisor del separador de fase y drenan la corriente para producir el nivel bajo a la salida. El segundo grupo va conectado al colector del divisor de fase y produce el nivel alto.

Esta configuración general varía ligeramente entre dispositivos de cada familia, principalmente la etapa de salida, que depende de si son búferes o no y si son de colector abierto, tres estados (ThreeState), etc.

Se presentan mayores variaciones entre las distintas familias: 74N, 74L y 74H que difieren principalmente en el valor de las resistencias de polarización, pero los 74LS (y no 74S) carecen del transistor multiemisor caracterítico de TTL. En su lugar llevan una matriz de diodos Schottky (como DTL). Esto les permite aceptar un margen más amplio de tensiones de entrada, hasta 15V en algunos dispositivos, para facilitar su interfaz con CMOS.

También es bastante común, en circuitos conectados a buses, colocar un transistor PNP a la entrada de cada línea para disminuir la corriente de entrada y así cargar menos el bus. Existen dispositivos de interfaz que integran impedancias de adaptación al bus para disminuir la reflexiones o aumentar la velocidad.

Complementary metal-oxide-semiconductor o CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico) es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilizació 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, colocado obviamente en la placa base.

En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es considerablemente bajo.

Drenador (D) conectada a tierra (Vss) (0), el valor 0 no se propaga al surtidor (S) y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de conducción y es el que propaga un '1' (Vdd) a la salida.

Otra de las características importantes de los circuitos CMOS es que son regenerativos: una señal degradada que acometa una puerta l6oacuteica CMOS se verá restaurada a su valor lógico inicial 0 ó 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido que el circuito pueda tolerar.

Familia	Tecnología	Polarización	Frecuencia
DTL	Diodo-TBJ	-2V a 4V	< 20MHz
RTL	TBJ	0 a 5V	< 20MHz
ECL	TBJ	-5.2V a 0V	200MHz
TTL	TBJ	0 a 5V	10-250MHz
CMOS	MOSFET	0 a 1.2V 0 a 3.3V 0 a 5V	GHz