Familias Logicas

Características Generales

Una familia lógica es un conjunto de circuitos integrados que implementan distintas operaciones lógicas compartiendo la tecnología de fabricación y en consecuencia, presentan características similares en sus entradas, salidas y circuitos internos. La similitud de estas características facilita la implementación de funciones lógicas complejas al permitir la directa interconexión entre los chips pertenecientes a una misma familia. Teniendo en cuenta el tipo de transistores utilizados como elemento de conmutación, las familias lógicas pueden dividirse en dos grandes grupos: las que utilizan transistores bipolares y las que emplean transistores MOS.

Especificaciones genéricas de una familia lógica

Estas especificaciones son las que en general están incluidas en la hoja de datos correspondiente a cada circuito que brinda el fabricante. Dentro de ellas algunas, como ser tensión de alimentación y niveles de tensión y corriente de entrada y salida, son iguales para todos los circuitos de la familia con independencia de la función lógica que realiza cada uno de ellos, de esta manera se asegura fácil interconexión entre ellos para implementar funciones lógicas más complejas. Hay otras características que dependen de la función que ejecuta el circuito, por ejemplo el consumo de potencia y los tiempos de retardo, propagación y conmutación, y en consecuencia sus valores y características pueden diferir de un integrante a otro.

Tensión de alimentación.

Los circuitos pertenecientes a una familia comparten el mismo rango permitido de tensiones de alimentación. Independientemente de la amplitud del rango permitido, la simplicidad y seguridad de la interconexión se mantiene si todos los circuitos interconectados están conectados a la misma alimentación.

Niveles de tensión y margen de ruido

El fabricante garantiza un nivel de tensión mínimo (VIH) que aplicado a una entrada el circuito interpreta como un estado alto (en lógica positiva 1 lógico o "1"), y un nivel máximo de tensión (VIL) que interpreta como estado bajo (en lógica positiva 0 lógico o "0").

 VIL: Máxima tensión de entrada que se interpreta como estado bajo  VIH: Mínima tensión de entrada que se interpreta como estado alto Los valores de tensión que el circuito presenta a la salida para los estados alto ("1") y bajo ("0") dependen de la familia y del estado de carga en que se encuentre dicha salida. El fabricante garantiza entonces un entorno de valores de tensión para cada estado, siempre y cuando se respeten las restricciones establecidas para las corrientes requeridas o entregadas en la salida. Los valores que limitan estos entornos son: VOL: Máxima tensión de salida que se garantiza para el estado alto VOH: Mínima tensión de salida que se garantiza para el estado alto Cuando la salida se encuentra en un nivel alto es el circuito lógico el que entrega potencia (corriente saliente) mientras que cuando la salida está en un nivel bajo la circulación de corriente es hacia el interior del chip.

El fabricante estipula valores máximos para estas corrientes que aseguran el funcionamiento dentro de las especificaciones.

IOL: Máxima corriente que puede tomar la salida manteniendo el estado bajo igual o menor a VOL.

IOH: Máxima corriente que puede entregar la salida manteniendo el estado alto mayor o igual a VOH.

Las áreas rayadas indican los intervalos de tensiones válidas, tanto de entrada como de salida.

A fin de generar un margen de seguridad que permita interconexiones seguras entre circuitos de una misma familia, los rangos de tensión de salida son menores que los de entrada. La diferencia entre los niveles de salida y entrada, alta y baja respectivamente, definen un margen de seguridad para cada uno de los estados de salida posibles que identifica al máximo valor de ruido que puede afectar a una señal de salida sin que exista la posibilidad de que la información sea malinterpretada en las entradas conectadas a ella. En condiciones ideales estos márgenes deberían ser iguales entre sí y cercanos a la mitad de la tensión de alimentación, en la práctica esta condición es difícil de cumplir. Por esta causa, el menor de ambos márgenes define el margen de ruido (NM) que identifica a la familia.  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. S  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). Son familias lógicas especialmente diseñadas para funcionar con tensiones de alimentación reducidas, sin que ello suponga una pérdida de capacidad de carga ni incremento de los tiempos de propagación.

Dentro de las familias lógicas de baja tensión se encuentran: LV, LVC, ALVC, LVT, ALVT, AVC, LVQ,(algunos ejemplos de estos circuitos son: 74LV165, 74LVC14, 74ALVCH16272, etc.)