Escalas de integración de los circuitos lógicos ssi

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Escalas de integración de los circuitos lógicos ssi

  1. 1. ESCALAS DE INTEGRACIÓN DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS SSI, MSI Y LSIEl esfuerzo de la industria electrónica en la miniaturización de sus equipos se ha vistocompensado ampliamente con el descubrimiento de los circuitos integrados, en los quese ha conseguido construir miles de componentes dentro de la misma cápsula, cuyasdimensiones son similares a las de un simple -transistor. Pero la enorme reducción devolumen no ha sido la única ventaja por la que los circuitos integrados se han hechoindispensables en muchas industrias de vanguardia (militar, aeroespacial, medicina,etc.), sino que las que se reseñan a continuación tienen tanta o mayor importancia: Reducción de coste: Pues aunque el proyecto y los utillajes necesarios para fabricar un Cl son mucho más costosos que los de un elemento clásico, como consecuencia del alto número de unidades que se hacen de cada tipo, el bajo precio del material base y la automatización del proceso, se tiene que algunos modelos de Cl resultan de un precio inferior al de un solo transistor. Aumento considerable de la fiabilidad: Un circuito integrado tiene una fiabilidad, en cuanto a funcionamiento y duración, mucho mayor que otro circuito similar implementado con componentes discretos, no sólo porque en este último caso la fiabilidad depende de cada uno de los componentes que lo forman, sino también debido a: o El esmerado estudio que exige el proyecto de un circuitos integrados. o Las modernas técnicas de fabricación. o La reducción de longitud en las interconexiones. o La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual o El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección. o La respuesta de un circuito integrado es mucho más rápida, pues el paso de la corriente depende de las longitudes de las interconexiones, que son mínimas. o Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad o Reducción de tiempo en la localización de averías, puesto que el sistema que ha de usarse es el de la sustitución de los. circuitos integrados defectuosos, ya que es imposible su reparación. o Esta característica lleva aparejada una formación más completa y teórica de técnicos electrónicos, así corno el uso de instrumental más complejo. o Reducción de stocks para las reparaciones y montajes. o Eliminación de los posibles errores en el montaje e interconexión de componentes. o Dado el bajo coste que en un circuitos integrados supone la fabricación de transistores y diodos, éstos se pueden utilizar con gran profusión, mejorando las especificaciones técnicas de los circuitos. También hay que tener en cuenta al emplear los circuitos integrados que existen ciertas limitaciones e inconvenientes, entre los que se citan: o Los valores de las resistencias y condensadores integrados no pueden superar ciertos máximos y, además, con tolerancias importantes y coeficientes de temperatura pequeños; por este motivo, este tipo de
  2. 2. componentes suelen quedar en el exterior del circuito integrado, aunque con las mejoras en los procesos de fabricación constantemente se están superando estas limitaciones. o Dadas sus dimensiones, la potencia máxima que pueden disipar los circuitos integrados es reducida. o Las grandes dificultades en la construcción de bobinas e inductancias en el circuitos integrados hacen que no sean integradas en la mayoría de los casos. o No es conveniente, dado el bajo -rendimiento, integrar en el mismo chip los dos tipos de transistores: PNP y NPN. o En países como España, en los que se fabrican pocos circuitos integrados, y están en la fase inicial de producción (la mayoría deben ser importados), es preciso escoger con cuidado los modelos con que se ha de trabajar, procurando que existan diferentes fuentes de suministro. o La manipulación de circuitos integrados exige instrumental y herramientas adecuadas. Así, los soldadores especiales de punta fina, las pinzas extractoras, los desoldadores, los zócalos, las placas específicas de circuito impreso, osciloscopio de doble trazo, polímetro digital, generador de funciones y sondas lógicas, deben ser, entre otros, los nuevos elementos que han de incorporarse al taller electrónico.1 ESCALAS DE INTEGRACIóN DE LOS CIRCUITOS LóGICOS SSI, MSI, LSIY VLSILa rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrarsimultáneamente en un mismo dispositivo un número determinado de puertas entre sí,que realizan una función concreta, así a principio de los años sesenta llegó la aparicióndel circuito integradoA partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de formaespectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficiede algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en elchip se dice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración.Las escalas que aquí vamos a tratar son las siguientes: SSI (Short ScaleIntegration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas MSI (Médium ScaleIntegration): Esta escala comprende todos aquellos integrados cuyo número de puertas oscila ente 12 y 100 puertas. Es común en sumadores, multiplexores,... Estos integrados son los que se usaban en los primeros ordenadores aparecidos hacia 1970. LSI (LargeScaleIntegration): A esta escala pertenecen todos aquellos integrados que contienen más de 100 puertas lógicas (lo cual conlleva unos 1000 componentes integrados individualmente), hasta las mil puertas. Estos integrados realizan una función completa, como es el caso de las operaciones esenciales de una calculadora o el almacenamiento de una gran cantidad de
  3. 3. bits. La aparición de los circuitos integrados a gran escala, dio paso a la construcción del microprocesador . Los primeros funcionaban con 4 bits (1971) e integraban unos 2.300 transistores; rápidamente se pasó a los de 8 bits (1974) y se integraban hasta 8.000 transistores. Posteriormente aparecieron los microprocesadores de circuitos integrados VLSI VLSI: (VeryLargeScaleIntegration) de 1000 a 10000 puertas por circuito integrado, los cuales aparecen para consolidar la industria de los integrados y para desplazar definitivamente la tecnología de los componentes aislados y dan inicio a la era de la miniaturización de los equipos apareciendo y haciendo cada vez mas común la manufactura y el uso de los equipos portatiles.2 CARACTERíSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADASLas características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en elproceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:2.1 TENSIóN DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIALa tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión escomún en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de estaforma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOSposeen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requierenni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.2.2 TEMPERATURA MáXIMA DE TRABAJO:Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento delos circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºCa 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requierenmayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeraciónempieza por 54 y su encapsulado es cerámico.Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertementecon la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se reflejaen reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento delconsumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de laenergía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propiatemperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistemadigital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si espreciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango quesoportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a150ºC2.3 FAN - OUT:
  4. 4. Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se puedenconectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máximacorriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresadaen unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puertabásica de la familia lógica considerada).Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se puedenconectar más de 10 entradas a esa salida (siempre de la misma familia)La familia lógica TTL tiene un fan-out de 10, mientras que la familia lógica CMOS tieneun fan-out de 50.2.4 NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán unaserie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir elvalor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico onivel alto, "1" lógico.A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán elestado Alto o Bajo de ella. Cualquier valor comprendido entre +2,5 y la alimentación (=+5V) aplicada a la entrada de una puerta lógica, ésta lo interpretará como un "1" lógico. Por lo que existe un valor mínimo para la tensión del estado alto que denominamos VIHmin. (El valor máximo para el nivel alto en la entrada coincide aproximadamente con la alimentación). Igual podemos decir que, cuando la tensión en una de sus entradas está comprendida entre 0 y +1,5 V., la puerta interpretará que se trata de un "0" lógico; por lo tanto existe un valor máximo de tensión a la entrada que representa un "0" lógico y que denominamos VILmax. Para la salida, en 0: una puerta que responde con un nivel alto ("1" lógico) el valor de la tensión estará comprendido entre +3 y +5V. Cuando el valor de la tensión de salida está comprendido entre 0 y +1 voltio, se interpreta que hay un "0" lógico, por lo que valor máximo a la salida para niveles bajos VOLmax es de 1V y entra dentro de los valores admitidos a la entrada como niveles bajos. Con un valor de tensión la entrada, comprendido entre +1,5 y +2,5 V no hay garantía de que la puerta lo interprete correctamente. A la salida, una puerta que dé una tensión, comprendida entre +1 y +3 V no funciona de manera correcta dado que puede entregar un valor a la entrada de la siguiente puerta, dentro de un rango prohibido.2.5 MARGEN DE RUIDOEl ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño desistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruidoes fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen delmismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.
  5. 5. Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de formainadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salidaun nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido másimportantes suelen ser: Ruido ambiental, radiado en las cercanías del sistema digital. Algunos ejemplos son: motores con escobillas, contactores, relés, máquinas de soldadura, etc. Ruido exterior al sistema digital, que se acoplan por la fuente de alimentación. Picos en la alimentación provocados por cambios bruscos de consumo. Por ejemplo, conmutaciones sobre líneas de alterna o continua con cargas fuertes. Ruido acoplado en conexiones o- líneas cercanas. Ruido producido por reflexiones y oscilaciones en líneas mal adaptadas. Los tipos de acoplo entre las fuentes de ruido y el circuito susceptible a él son: Acoplo por impedancia común. Acoplo magnético o inductivo. Acoplo electrostático Acoplo por radiación El ruido se puede presentar en un sistema digital de dos formas: Como una tensión de variación aleatoria, pero con una cierta componente continua (o pulsos de larga duración) que se suma algebráicamente a los niveles de las tensiones del circuito sacando a éstas de sus márgenes permitidos Este tipo de ruido se denomina ruido en continua (D. C.) o analógico. Como impulsos de menor duración que, según su amplitud, pueden ser interpretados como niveles altos o como bajos. Este tipo de ruido, cuyo camino de acoplo suele ser capacitivo, se denomina ruido en alterna (A. C.).En determinados casos, cuando el nivel de ruido es del orden de magnitud de la señaleléctrica, esta puede llegar a ser enmascarada con el con-siguiente mal funcionamientodel circuito, como veremos a continuación:Supongamos que a la salida de la puerta A, hay un "0" lógico, esto significa que latensión en ese punto puede ser cualquier valor comprendido entre 0 y +1 Voltio, comoa la entrada de la puerta B cualquier valor comprendido entre 0 y +1,5 Voltios.Lo interpreta como "0" lógico estaría dentro del margen de seguridad, pero si la puertaA generase una cantidad de ruido mayor a 0,5 Voltios, o la entrada a la puerta B locaptase, significaría esto que la entrada de la puerta B se encontraría con una tensiónmayor de +1,5 Voltios que es la VILmax que nos garantiza el buen funcionamiento delcircuito; luego podemos decir que el margen de ruido permitido (en las peorescondiciones) es de 0,5 V. O lo que es lo mismo, la inmunidad al ruido para nivelesbajos es de 0,5 V.Como el ruido puede hacer que la señal eléctrica aumente o disminuya su valor comoindica la figura anterior para un nivel alto de salida en la puerta A de +3 V está dentrodel margen de entrada aceptado por la puerta B no estaría garantizado, por lo queigualmente la inmunidad al ruido a nivel alto sería también 0,5 V.Resumiendo podemos decir que los márgenes entre VOLmax, VILmax por un lado yVOHmin, VIHmin por otro han de ser lo más grande posible posible al objeto de que
  6. 6. un circuito sea lo más inmune posible al ruido y tenga las máximas garantías defuncionamiento.2.6 TIEMPO DE PROPAGACIóN MEDIO:Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal deentrada pasa por un determinado valor hasta que la salida reacciona a dicho valor.vamos a tener dos tiempos de propagación:Tplh = Tiempo de paso de nivel alto a bajo: es el tiempo entre un determinado puntodel impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambiade 0 a 1.Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado puntodel impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambiade 1 a 0.Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:Tpd = (Tphl + Tplh)/22.7 DISIPACIóN DE POTENCIATeniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitosdigitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación depotencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia encircuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; esdecir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otramitad niveles altos.Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potenciadisipada ante un nivel alto, se tendrá que la potencia media total, PT, valdrá:Cuanto menor sea el consumo por puerta lógica, para una determinada tecnología defabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismochip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí laimportancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sealo menor posible.Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es unparámetro importante (que depende del consumo de cada uno de los elementos que loconstituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya que ello suponeminimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y líneas de distribución.En algunas tecnologías apenas existe consumo de energía cuando los niveles detensiones no varían, pero sí que existe cuando se producen transiciones de nivel alto abajo o viceversa. En estos casos es común distinguir entre disipación de potencia en
  7. 7. condiciones estáticas (sin transiciones entre niveles) y en condiciones dinámicas (contransición de niveles). En este último caso la disipación de potencia dependefuertemente de la rapidez de las transiciones de niveles, es decir, de la frecuencia de lasseñales involucradas.3 FAMILIA TTLLa familia lógica transistor-transistor es la más usada. Todos los fabricantes de ciertaimportancia tienen una línea de productos TTL y, en general, los Cl TTL sonproducidos por casi todas las compañías. La familia TTL consta a su vez de lassiguientes subfamilias: TTL estándar TTL de baja potencia o bajo consumo TTL de alta velocidad TTL Schottky TTL Schottky de baja potenciaTTL es estandarEl circuito funciona con una alimentación única de + 5V, ± 5 % y es compatible contodos los circuitos de otras subfamilias TTL, así como también con la familia lógicaDTL. Tiene un retraso típico de 10 ns, temperatura de trabajo de 0ºC a 70ºC, fan-outde 10, margen de ruido en estado 0 y en 1 de 400 mV, una potencia de disipación de 10mWor puerta y una frecuencia maxima para los flip-flop de 35 MHz. Corresponde a laserie SN 54174 de Texas, conocida y utilizada mundialmente.TTL de baja potencia " LPTTL, serie 54174 L)Tiene un retraso de propagación típico de 33 ns, una potencia de consumo por puertade 1 mW y una frecuencia máxima de 3 MHz de funcionamiento para los flip-flop. Suempleo se especializa en aplicaciones de bajo consumo y mínima disipación.TTL de alta velocidad (HTTL, Serie SN 54 H174 H)Los parámetros típicos de esta subfamilia son: retraso en la propagación por puerta de6 ns, consumo de 22 mW por puerta y frecuencia operativa máxima de flip-flop de 50MHz.TTL Schottky" (STTL, Serie SN 54 S/74/S)El circuito TTI, Schottky ha sido uno de los más recientes desarrollos y constituye elmás rápido de las subfamilias TTL, aproximándose su velocidad a la familia lógicaECL. Se caracterizan por su rapidez, ya que no almacenan cargas y porque son muysencillos de fabricar.El circuito es similar al TTL de alta velocidad, pero la base de cada transistor estáconectada al colector a través de un diodo de Schottky. El diodo actúa como desviador
  8. 8. de] exceso de corriente de base cuando el transistor se activa, y guarda una cargaalmacenada, evitando la saturación de los transistores. La ausencia de-una cargaalmacenada reduce el tiempo del cambio del transistor y aumenta la velocidad delcircuito. La subfamilia Schottky tiene una propagación típica de 3 ns, un consumo de19 mW y una frecuencia máxima de flip-flop de 125 MHz.TTL Schottky de baja potencia- (LSTTL, Serie 54 LS174 LS)El circuito TTL Schottky de baja potencia es el mas reciente de la familia TTL y con élse ha intentado llegar a un compromiso entre la velocidad y la potencia consumida..Tiene una propagación típica de 10 ns (igual que la TTL estándar) y un consumo porpuerta de sólo 2 mW, con una frecuencia máxima de flip-flop de 35 MHz.FAMILIA CMOSLa familia lógica de MOS complementarios está caracterizada por su bajo consumo. Esla más reciente de todas las grandes familias y la única cuyos componentes seconstruyen mediante el proceso MOS. El elemento básico de la CMOS es un inversor.Los transistores CMOS tienen características que los diferencian notablemente de losbipolares: Bajo consumo, puesto que una puerta CMOS sólo consume 0,01 mW en condiciones estáticas (cuando no cambia el nivel). Si opera con frecuencias elevadas comprendidas entre 5 y 10 MHz, el consumo es de 10 mw. Los circuitos CMOS poseen una elevada inmunidad al ruido, normalmente sobre el 30 y el 45 % del nivel lógico entre el estado 1 y el 0. Este margen alto sólo es comparable con el de la familia HTL.Con las ventajas reseñadas, la familia CMOS se emplea en circuitos digitalesalimentados por baterías y en sistemas especiales que tienen que funcionar durantelargos períodos de tiempo, con bajos niveles de potencia. La elevada inmunidad alruido es la ventaja principal para su aplicación en los automatismos industriales.Las desventajas que sobresalen en la familia CMOS son su baja velocidad, con unretardo típico de 25 a 50 ns o más, especialmente cuando la puerta tiene como carga unelemento capacitivo; también hay que citar que el proceso de fabricación es más caro ycomplejo y, finalmente, la dificultad del acoplamiento de esta familia con las restantes.Una característica muy importante de la familia CMOS es la que se refiere al margen detensiones de alimentación, que abarca desde los 3 a los 15 V, lo que permite la conexióndirecta de los componentes de dicha familia con los de la TTL, cuando se alimenta con5 V a los circuitos integrados CMOS.La serie 4000 de circuitos integrados CMOS es muy popular y consta, entre otros, delos siguientes modelos.
  9. 9. 4000 Dos puertas NOR de 3 entradas y un inversor. 4001 4 puertas NOR de 2 entradas. 4002 2 puertas NOR de 4 entradas. 4011 4 puertas NAND de 2 entradas. 4012 2 puertas NAND de 4 entradas. 4013 2 biestables tipo D. 4015 2 registros de desplazamiento de 4 bits. 4017 Divisor-contador de décadas con 10 salidas. 4020 Contador binario de 14 etapas. 4023 3 puertas NAND de 3 entradas. 4025 3 puertas NOR de 3 entradas. 4027 2 biestables J-K. 4028 Decodificador BCD/decimal. 4035 Registro de desplazamiento con entrada serie/paralelo y salida paralelo. 4042 4 registros D. 4043 4 RS con puertas NOR. 4044 4 RS con puertas NAND. 4049 6 buffer inversores. 4051 Multiplexor/demultiplexor analógico de 8 canales. 4052 2 multiplexores/demultiplexores de 4 canales. 4068 Una puerta NAND de 8 entradas. 4069 6 inversores. 4070 4 puertas EOR de 2 entradas. 4071 4 puertas OR de 2 entradas. 4072 2 puertas OR de 4 entradas. 4081 4 puertas AND de 2 entradas.Dentro de la familia CMOS, se ha citado la serie 4000, que se caracteriza por tener unatensión de alimentación de 3 a 18 V, un consumo por puerta de 2,5 nW y un tiempo depropagación por puerta de 40 ns. En el mismo grupo hay dos subfamilias, cada vezmás empleadas, que son: HCMOS (CMOS de Alta Velocidad), con tensión de alimentación entre 2 y 6 V, consumo de 2,5 nW y tiempo de retraso de 9 ns. Es la serie 74HC. HCMOS (CMOS de alta velocidad y compatible con TTL), con tensión de alimentación de 5 V, consumo de 2,5 nW y tiempo de retraso por puerta de 9 ns.. Es la serie 74HCT.Así como cuando se trabaja con puertas TTL si una entrada no utilizada se deja sinpolarizar actúa como entrada con nivel alto, en las de tecnología CMOS se deben deunir directamente a la alimentación o a masa, según se desee se comporten con nivelalto o bajo, respectivamente.A continuación se exponen los valores más relevantes de los parámetros de la familiaCMOS, alimentada a 5 V, y los de la TTL. FAMILIA TTL C-MOS Alimentación + (voltios) +5 +3 a +15
  10. 10. FAN-OUT 10 50Inmunidad al ruido (v) 0,4 1Máx. Frecuencia (MHz) 35 10
  11. 11. Escalas de integración en circuitos integradosListe de manera comparativa, las características que presentan las diferentesfamilias lógicas y las escalas de integración en circuitos integrados.La familia lógica transistor-transistor (TTL) es una de las familias lógicas máscomunes. El número del fabricante estampado en los componentes de esta familiasiempre comienza con uno de dos números:74 - representa una familia lógica para uso civil.54 - representa una familia lógica para uso militar.Existen ligeras diferencias entre los componentes fabricados para uso civil y loscomponentes para uso militar. Generalmente, aquellos fabricados para uso militar sonmás resistentes a los cambios de temperatura y se empacan en cajas cerámicas y noplásticas.Características particulares de la familia MOSLa familia MOS (semiconductor de óxido metálico) es un sistema relativamente nuevoque se está expandiendo rápidamente por el mercado de los CI. Al igual que la familiaTTL, la familia MOS posee varias subfamilias. La más común de estas es la sub-familia MOS Complementario (CMOS).La familia MOS posee varias ventajas por sobre la familia TTL: Un amplio rango detensiones de alimentación. Los componentes TTL funcionan únicamente con unatensión de alimentación de 5 voltios. Los componentes CMOS funcionan con unavariedad de tensiones que van de los 3 a los 18 voltios. (Por supuesto, el 0 y el 1 lógicosvariarán de acuerdo conello). La energía querequieren estos componentes es significativamente más baja que la tensión quenecesitan los componentes TTL Escalas de integración Características (Short ScaleIntegration): Es la escala de integración más pequeña de todas, y SSI comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas (Médium ScaleIntegration): Esta escala MSI comprende todos aquellos integrados cuyo número de puertas oscila entre 12 y 100
  12. 12. puertas. Es común en sumadores, multiplexores,... Estos integrados son los que se usaban en los primeros ordenadores aparecidos hacia 1970. (LargeScaleIntegration): A esta escala pertenecen todos aquellos integrados que contienen más de 100 puertas lógicas (lo cual conlleva unos 1000 componentes integrados individualmente), hasta las mil puertas. Estos integrados realizan una función completa, como es el caso de las operaciones esenciales de una calculadora o el almacenamiento de una gran cantidad LSI de bits. La aparición de los circuitos integrados a gran escala, dio paso a la construcción del microprocesador. Los primeros funcionaban con 4 bits (1971) e integraban unos 2.300 transistores; rápidamente se pasó a los de 8 bits (1974) y se integraban hasta 8.000 transistores. Posteriormente aparecieron los microprocesadores de circuitos integrados VLSI (VeryLargeScaleIntegration) de 1000 a 10000 puertas por circuito integrado, los cuales aparecen para consolidar la industria de los integrados y para desplazar definitivamente la tecnología de VLSI los componentes aislados y dan inicio a la era de la miniaturización de los equipos apareciendo y haciendo cada vez mas común la manufactura y el uso de los equipos portátiles.Explique básicamente las técnicas de fabricación de los Circuitos Integrados.Un circuito integrado está formado por un mono cristal de silicio de superficienormalmente comprendida entre 1 y 10 mm de lado, que contiene elementos activos ypasivos. Los procesos empleados en la fabricaciónson: Preparación de la oblea, Crecimiento Epitaxia,Difusión de Impurezas, Implantación de Iones, Crecimiento del Oxido, Fotolitografía,Grabado Químico y Mentalización.
  13. 13. Responda por que no es recomendable mezclar componentes de diversas familiasen un circuito electrónico.Por las diferentes características eléctricas de los distintos componentes (incluso dentrode las sub-familias), es preferible no combinar los componentes de diferentes familiasen un mismo circuito. Si es necesario hacer tal tipo de combinación, deben usarsecomponentes adaptadores adecuados. Investigue los voltajes máximos y mínimos permitidos a la entrada y a la salida decompuertas lógicas TTL y CMOSLos circuitos TTL en general, pueden operar Los circuitos CMOS en general, puedencon tensiones entre 4.75 V. y 5.25 V. Pero el operar con un amplio margen devalor nominal de la tensión de trabajo es de tensión comprendido entre + 3 V. y ++ 5 volts. 18 V.Niveles de voltaje. Niveles de voltaje.De 0 V. a 0.8 V. para el estado bajo. De 0 V. a 0.3 VDD para el estado bajo.De 2.4 V. A 5 V. para el estado alto De 0.7 VDD a VDD para el estado alto.Mencione 2 subfamilias de la Familia TTL y 2 de la CMOS.La familia TTL o bipolar se divide en las La familia CMOS se divide en lassiguientes categorías o subfamilias básicas: siguientes categorías o subfamilias básicas:TTL estándar. CMOS estándar.TTL Schottky (S). CMOS de alta velocidad (HC).TTL de baja potencia (L). CMOS compatible con TTL (HCT).TTL Schottky de baja potencia (LS). CMOS equivalente a TTL (C).
  14. 14. TTL de alta velocidad (H).TTL Schottky avanzada (AS).TTL Schottky de baja potencia avanzada(ALS).
  15. 15. Tipos de integraciónLa fabricación de circuitos integrados, durante su evolución en la segunda mitad del siglo XX, haavanzado fundamentalmente en la escala de integración o miniaturización, siguiendo variasetapas: integración SSI, integración MSI, integración LSI e integración VLSI.Integración SSI. En la segunda mitad de la década de los cincuenta se comenzó a integrar circuitoscompletos en un mismo sustrato, de forma que una sola pastilla de semiconductor contenía ciertas impurezasque suponían la conexión de transistores, diodos, resistencias y condensadores.Esta primera etapa se denominó integración SSI o integración a pequeña escala (Small Scale ofIntegration), y permite incorporar decenas de componentes en un único chip. Supuso la apariciónde los primeros chips que contenían circuitos electrónicos.Integración MSI. En los años sesenta se incorporaron impurezas más pequeñas en sustratos también máspequeños. Los chips incorporaban así circuitos algo más complejos, que disponían de cientos de transistores.A estos se les denominó circuitos de escala media de integración o integración MSI (Medium Scale ofIntegration).Integración LSI. A mediados de los sesenta, en Estados Unidos se hacía patente la idea de enviar transportesal espacio. Las naves tenían que ser lo bastante grandes como para contener una tripulación, perosuficientemente pequeñas y ligeras como para poder vencer la gravedad de la Tierra en su lanzamiento y,además, debían contener todos los circuitos de control para poder automatizar al máximo las operaciones.Esto supuso un reto para los ingenieros electrónicos, que crearon los primeros dispositivos congrandes escalas de integración o circuitos integrados LSI (LargeScale of Integration).La integración LSI contiene hasta 5.000 dispositivos semiconductores sobre un sustrato cuadradode silicio de algo menos de 1,2 cm de lado. Tal escala de integración permitió el desarrollo de losmicroprocesadores como elemento principal de los ordenadores, cuyo primer ejemplo comercialapareció en 1971.En la actualidad, la integración de circuitos electrónicos ha pasado a escalas superiores de miniaturización:son frecuentes los circuitos integrados VLSI o de muy alta escala de integración (VeryLargeScale ofIntegration).Estos chips contienen millones de transistores y efectúan tareas de control y proceso deinformación: operaciones matemáticas lógicas y aritméticas, control de las señales de televisión,detección y procesado de señales en equipos médicos de monitorización, etc.
  16. 16. Circuitos integrados

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