DAR A CONOCER LAS DIFERENTES FAMILIAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS

1. FAMILIAS LOGICAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS
POR:
MARIO ALEJANDRO SANABRIA VARGAS
DOCENTE:
ING. QUEVIN BARRERA
MOD. ELECTRONICA
INSTITUTO EDUCATIVO BRAULIO GONZALES
YOPAL-CASANARE

2. INTRODUCCION
El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una
cantidad enorme de dispositivos microelectrónicos interactuados, principalmente diodos y
transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores. Los
circuitos integrados se encuentran en todos los aparatos electrónicos modernos, tales como
relojes, automóviles, televisores, reproductores MP3, teléfonos móviles, computadoras,
equipos médicos, etc. su menor costo; su mayor eficiencia energética y su reducido tamaño
son las tres ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre los
circuitos electrónicos construidos con componentes discretos
FAMILIAS LOGICAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS
Una familia lógica es el conjunto de circuitos integrados (CI’s) los cuales pueden ser
interconectados entre sí sin ningún tipo de Interfase o aditamento, es decir, una salida de
un CI puede conectarse directamente a la entrada de otro CI de una misma familia. Se
dice entonces que son compatibles.
Las familias pueden clasificarse en bipolares y MOS. Podemos mencionar algunos
ejemplos.
Familias bipolares: RTL, DTL, TTL, ECL, HTL, I2L.
Familias MOS: PMOS, NMOS, CMOS.
Hay muchas familias lógicas de circuitos integrados digitales que han sido introducidos
comercialmente, las más populares son:
-TTL: Lógicas de transistores (Transistor-transistor logic) tiene una lista extensa de funciones
digitales y es comúnmente la familia lógica más popular.
-ECL: Lógica de acoplamiento de emisor (emitter-coupled logic) se usa en sistemas que
requieren operaciones de alta velocidad.
-MOS: Semiconductor de óxido de metal (Metal-oxide semiconductor) I2L se usan en circuitos
que requieren alta densidad de componentes
-CMOS: Semiconductor de óxido de metal complementario (Complementary metal-oxide
semiconductor) se usa para sistemas que requieren bajo consumo de energía
-I2L: Lógica de inyección integrada (Integrated-injection logic)
Las tecnologías TTL (lógica transistor- transistor) y CMOS (metal oxido-semiconductor
complementario) son los mas utilizadas en la fabricación de CI’s SSI (baja escala de
integración) y MSI (media escala de integración).
FAMILIAS BIPOLARES.
Están hechos a base de transistores de unión bipolar (BJT). Son:

3. -RTL (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. Este tipo de red, presenta el fenómeno
denominado acaparamiento de corriente que se produce cuando varios transistores se
acoplan directamente y sus características de entrada difieren ligeramente entre sí. En
ese caso uno de ellos conducirá antes que los demás colocados en paralelo (acaparará la
corriente), impidiendo el correcto
funcionamiento del resto.
Ejemplo, una puerta lógica NOR y su
correspondiente circuito electrónico en
lógica RTL
-DTL (lógica diodo -transistor)
Está compuesta por diodos y transistores básicamente. La función lógica es realizada por
la combinación de diodos a la entrada y el transistor inversor a la salida, de ahí su nombre
(Diodo, Transistor, Lógica). Cuando cualquiera de sus entradas está en nivel bajo el
transistor de salida pasa al corte y la tensión de su colector pasa a nivel alto. Sólo cuando
todas las entradas están a nivel alto, conducirá el transistor y la tensión de su colector
será baja. Esta puerta realiza la función NAND en lógica positiva, y la NOR en lógica
negativa.
VENTAJAS
Buena flexibilidad lógica
Compatibilidad de niveles lógicos con TTL
Baja generación de ruidos
Buen fan-out
Disipación media de potencia 12 mW
DESVENTAJAS
Relativamente baja velocidad por su alta impedancia de salida a nivel alto entre 30 y 50 ns.
Umbrales dependientes de la temperatura en mayor grado que en otras familias. Alta
impedancia de salida a nivel alto y en consecuencia baja inmunidad al ruido.

4. -TTL (lógica transistor -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.
CARACTERISTICAS.
-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).
Los circuitos de tecnología TTL se prefijan normalmente con el número 74 (54 en las series
militares e industriales). A continuación un código de una o varias cifras que representa la
familia y posteriormente uno de 2 a 4 con el modelo del circuito.
Con respecto a las familias cabe distinguir:
-TTL: serie estándar.
-TTL-L (low power): serie de bajo consumo.
-TTL-S (schottky): serie rápida (usa diodos Schottky).
-TTL-AS (advanced schottky): versión mejorada de la serie anterior.
-TTL-LS (low power schottky): combinación de las tecnologías L y S (es la familia más
extendida).
-TTL-ALS (advanced low power schottky): versión mejorada de la serie LSS.
-TTL-F (FAST : fairchild advanced schottky).
-TTL-AF (advanced FAST): versión mejorada de la serie F.
-TTL-HCT (high speed C-MOS): Serie HC dotada de niveles lógicos compatibles con TTL.
-TTL-G (GHz C-MOS): GHz (From lbkj).

5. -ECL (lógica de emisores acoplados)
Son unos circuitos integrados digitales los
cuales usan transistores bipolares, pero a
diferencia de los TTL en los ECL se evita la
saturación de los transistores, esto da lugar a
un incremento en la velocidad total de
conmutación. La familia ECL opera bajo el
principio de la conmutación de corriente, por el
cual una corriente de polarización fija menor
que la corriente del colector de saturación es
conmutada del colector de un transistor al otro. Este tipo de configuraciones se les conoce
también como la lógica de modo de corriente (CML; current-mode logic).
El funcionamiento de los circuitos ECL se basa en el mismo del amplificador diferencial.
Los transistores no se saturan, la operación normal es en zona activa, lo que constituye
una de las razones que hace que estos circuitos sean los más veloces de los circuitos
integrados digitales.
VENTAJAS
-Son los circuitos más veloces y pueden alcanzar tiempos de demora de hasta 1ns.
-No existen picos de corrientes en los transistores como sucede en la familia lógica TTL.
-Se dispone de salidas complementadas, lo que le brinda mayor versatilidad.
-El nivel de 1 lógica es prácticamente independiente del factor de carga.
-Buen factor de carga N= 15
DESVENTAJAS
-Pequeños valores de los márgenes de ruidos.
-Altos valores de potencia del orden de 40 mW.
-No son compatibles con los circuitos TTL.
-Ocupan gran área en los circuitos integrados
-HTL (lógica de alto umbral)
Es una tecnología desarrollada a partir de la tecnología de la Familia Lógica DTL, creada
para evitar básicamente a las interferencias producidas por el ambiente exterior al circuito,
que ocasionan el ruido.
Incorpora diodos zener para crear un gran desplazamiento entre los estados de voltaje
lógicos 1 y 0. Estos dispositivos operan con una fuente de tensión de 15 Voltios y los

6. encontramos controles industriales en donde la intensión el minimizar los efectos del
ruido.
 Fan Out = 10
 Potencia disipada = 55mW
 Tiempo de propagación = 150nS
 Vcc = 14-15 V
 VoH max = 15V
 VoH min = 8.5V
 VoL max = 6.5V
 VoL min = oV
Se caracteriza por tener una alta inmunidad al ruido.
-I2L (inyección integrada)
Es una familia de circuitos digitales construidos con transistores de juntura bipolar de
colector múltiple (BJT). Cuando se introdujo su velocidad era comparable a
los TTL además de que casi eran de tan baja potencia como los CMOS, Volviéndose ideal
para su uso en circuitos integrados VLSI. Aunque los niveles lógicos son muy cercanos
entre si (Alto: 0.7 V, Bajo: 0.2 V), I2L tenía una alta inmunidad al ruido debido a que
operaba por corriente en vez de voltaje.
OPERACIÓN.
El corazón de un circuito I2L es el inversor de colector abierto y
emisor común. Típicamente, un inversor consiste en un transistor
NPN con el emisor conectado a tierra y la base alimentada por una
corriente entrante. La entrada se suple por la base ya sea por una
corriente aplicada (nivel lógico bajo) o una condición de alta
impedancia (alto nivel lógico). La salida de un inversor es el colector. Además, el colector
puede ser un puente que podría ir a tierra (nivel lógico bajo) o una condición de alta
impedancia (nivel lógico alto)
Para entender cómo opera el inversor, es necesario entender el flujo de corriente, Si la
corriente que alimenta es desviada a tierra (nivel lógico bajo), el transistor se apaga y el
colector se queda abierto (nivel lógico alto). Si la corriente aplicada no está desviada a
tierra debido a que la entrada está en alta impedancia (nivel lógico alto), la corriente
aplicada fluye a través del transistor al emisor, conmutando al transistor, y permitiendo

7. entrar a la corriente por la salida del inversor (nivel lógico bajo), esto hace que la salida
del inversor únicamente deje entrar la corriente o ponerse en alta impedancia pero no
será una fuente de corriente. Esto vuelve seguro conectar la salidas de invesores
múltiples juntos para formar una compuerta AND. Cuando las salidas de dos inversores
están alambradas, el resultado es un compuerta NOR de dos entradas debido a que la
configuración (NOT A) AND (NOT B) es aquivalente a NOT (A OR B).
FAMILIAS MOS.
Están hechos a base de transistores de efecto de campo (MOSFET). Las principales son:
-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 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, colocado obviamente en la placa
base.
VENTAJAS.
La familia lógica tiene una serie de ventajas que la hacen superior a otras en la
fabricación de circuitos integrados digitales:
 El bajo consumo de potencia estática, gracias a la alta impedancia de entrada de los
transistores de tipo MOSFET y a que, en estado de reposo, un circuito CMOS sólo
experimentará corrientes parásitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos
estados lógicos existe un camino directo entre la fuente de alimentación y el terminal
de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor
CMOS básico se encuentra en la región de corte en estado estacionario.
 Gracias a su carácter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o
degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión.
 Los circuitos CMOS son sencillos de diseñar.
 La tecnología de fabricación está muy desarrollada, y es posible conseguir
densidades de integración muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologías.

8. DESVENTAJAS
 Debido al carácter capacitivo de los transistores MOSFET, y al hecho de que estos
son empleados por duplicado en parejas nMOS-pMOS, la velocidad de los circuitos
CMOS es comparativamente menor que la de otras familias lógicas.
 Son vulnerables a latch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la
estructura CMOS que entra en conducción cuando la salida supera la alimentación.
Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de
alimentación de los circuitos integrados. El latch-up produce un camino de baja
resistencia a la corriente de alimentación que acarrea la destrucción del dispositivo.
Siguiendo las técnicas de diseño adecuadas este riesgo es prácticamente nulo.
Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusión
con suficiente regularidad, para asegurarse de que está sólidamente conectado a
masa o alimentación.
 Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes parásitas
empiezan a ser comparables a las corrientes dinámicas (debidas a la conmutación de
los dispositivos).
-PMOS (lógica MOSFET de canal p) y NMOS (lógica MOSFET de canal n)
Existen dos tipos de transistores MOSFET, ambos basados en la estructura MOS.
Los MOSFET de enriquecimiento se basan en la creación de un canal entre el drenador y
el surtidor, al aplicar una tensión en la compuerta. La tensión de la compuerta atrae
portadores minoritarios hacia el canal, de manera que se forma una región de inversión,
es decir, una región con dopado opuesto al que tenía el sustrato originalmente. El
término enriquecimiento hace referencia al incremento de la conductividad
eléctrica debido a un aumento de la cantidad de portadores de carga en la región
correspondiente al canal. El canal puede formarse con un incremento en la concentración
de electrones (en un nMOSFET o NMOS), o huecos (en un pMOSFET o PMOS). De este
modo un transistor NMOS se construye con un sustrato tipo p y tiene un canal de tipo n,
mientras que un transistor PMOS se construye con un sustrato tipo n y tiene un canal de
tipo p.
Los MOSFET de empobrecimiento tienen un canal conductor en su estado de reposo, que
se debe hacer desaparecer mediante la aplicación de la tensión eléctrica en la compuerta,
lo cual ocasiona una disminución de la cantidad de portadores de carga y una disminución
respectiva de la conductividad.
Existen distintos símbolos que se utilizan para representar el transistor MOSFET. El
diseño básico consiste en una línea recta para dibujar el canal, con líneas que salen del
canal en ángulo recto y luego hacia afuera del dibujo de forma paralela al canal, para
dibujar el surtidor y el drenador. En algunos casos, se utiliza una línea segmentada en

9. tres partes para el canal del MOSFET de enriquecimiento, y una línea sólida para el canal
del MOSFET de empobrecimiento. Otra línea es dibujada en forma paralela al canal para
destacar la compuerta.
La conexión del sustrato, en los casos donde se muestra, se coloca en la parte central del
canal con una flecha que indica si el transistor es PMOS o NMOS. La flecha siempre
apunta en la dirección P hacia N, de forma que un NMOS (Canal N en una tina P o
sustrato P) tiene la flecha apuntando hacia adentro (desde el sustrato hacia el canal). Si el
sustrato está conectado internamente al surtidor (como generalmente ocurre en
dispositivos discretos) se conecta con una línea en el dibujo entre el sustrato y el surtidor.
Si el sustrato no se muestra en el dibujo (como generalmente ocurre en el caso de los
diseños de circuitos integrados, debido a que se utiliza un sustrato común) se utiliza un
símbolo de inversión para identificar los transistores PMOS, y de forma alternativa se
puede utilizar una flecha en el surtidor de forma similar a como se usa en los transistores
bipolares (la flecha hacia afuera para un NMOS y hacia adentro para un PMOS).
En esta figura se tiene una comparación entre los símbolos de los MOSFET de
enriquecimiento y de empobrecimiento, junto con los símbolos para los JFET (dibujados
con el surtidor y el drenador ordenados de modo que las tensiones más elevadas
aparecen en la parte superior del símbolo y la corriente fluye hacia abajo).
Canal P
Canal N
JFET MOSFET Enriq. MOSFET Enriq. (sin sustrato) MOSFET Empob.
Para aquellos símbolos en los que el terminal del sustrato se muestra, aquí se representa
conectada internamente al surtidor. Esta es la configuración típica, pero no significa que
sea la única configuración importante. En general, el MOSFET es un dispositivo de cuatro
terminales, y en los circuitos integrados muchos de los MOSFET comparten una conexión
común entre el sustrato, que no está necesariamente conectada a los terminales del
surtidor de todos los transistores.