¿ Explicar sobre las ventajas y características de las escalas de integración de los circuitos lógicos SSI, MSI, LSI y VLSI?

[Nestor Bernardo Corpus Vergara]

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

[jeancarlo jimenez canchan - 3 "A"]

.CIRCUITO LOGICO SSI (ventajas ,caracteristicas y usos ) .-SSI es acrónimo del inglés Small-Scale Integration (integración a baja escala) y hace referencia a los primeros circuitos integrados que se desarrollaron. las ventajas que tenian esos circuitos es que Cumplían funciones muy básicas, como puertas lógicas y abarcan desde unos pocostransistores hasta una centena de ellos.

Los circuitos SSI fueron cruciales en los primeros proyectos aerospaciales, y viceversa, ya que los programas espaciales como Apolo o el misil Minuteman necesitaban dispositivos digitales ligeros. El primero motivó y guio el desarrollo de la tecnología de circuitos integrados, mientras que el segundo hizo que se realizara una producción masiva.

Estos programas compraron prácticamente la totalidad de los circuitos integrados desde 1960 a 1963, y fueron los causantes de la fuerte demanda que originó un descenso de los precios en la producción de 1000 dólares la unidad (en dólares de 1960) hasta apenas 25 dólares la unidad (en dólares de 1963).estos circuitos tiene al menos de 10 puertas lógicas.

.CIRCUITO LOGICO MSI (ventajas, caracteristicas y usos ) .- tambien llamados Integración a Media Escala (Medium-Scale Integration). son escalas que comprenden todos aquellos integrados cuyo numero de compuertas oscila entre 12-100 compuertas.Es comun en (sumadores,multiplexores , etc ). Estos integrados son lo que se usaban en los primeros ordenadores aparecidos hacia 1970.

Las ventajas que tienen esos integrados son las siguientes :

. Realizaciones más compactas (al tener soluciones completas en un sólo circuitointegrado con algunas pocas puertas extra para realizar la adaptación en algunos casos).
. Menos alambrado (puesto que para usar los circuitos MSI sólo se requiere alambrar entradas y salidas, la funciónlógica que realizan ya está alambrada en su interior).
.Soluciones modulares (toda la lógica relacionada con una sub-función está contenida en un solo circuito integrado).
. Facilidad de mantenimiento (por la misma razón que el punto anterior).

.Eran circuitos atractivos , Ya que permitieron fabricar sistemas electrónicos más complejos utilizando placas impresas.

.CIRCUITO LOGICO LSI (ventajas,caracteristica y usos ) .- Tambien llamado (Large Scale Integration) o Integracion de larga escala .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 y tienen una gran ventaja como es el caso de las operaciones esenciales de una calculadora o el almacenamiento de una gran cantidad 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.

.CIRCUITO LOGICO VLSI (ventajas,caracteristicas y usos ) .. tambien llamado (Very Large Scale Integration) o integracion de muy larga escala. son circuitos integrados 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 portátiles.

La integración en escala muy grande de sistemas de circuitos basados en transistores en circuitos integrados comenzó en los años 1980, como parte de las tecnologías de semiconductores y comunicación que se estaban desarrollando.

Los primeros chip semiconductores contenían sólo un transistor cada uno. A medida que la tecnología de fabricación fue avanzando, se agregaron más y más transistores, y en consecuencia más y más funciones fueron integradas en un mismo chip. El microprocesador es un dispositivo VLSI.

La primera generación de computadoras dependía de válvulas de vacío. Luego vinieron los semiconductores discretos, seguidos de circuitos integrados. Los primeros CIs contenían un pequeño número de dispositivos, como diodos,transistores, resistencias y condensadores (aunque no inductores), haciendo posible la fabricación de compuertas lógicasen un solo chip. La cuarta generación (LSI) consistía de sistemas con al menos mil compuertas lógicas. El sucesor natural del LSI fue VLSI (varias decenas de miles de compuertas en un solo chip). Hoy en día, los microprocesadores tienen varios millones de compuertas en el mismo chip.

Hacia principios de 2006 se comercializaban microprocesadores con tecnología de hasta 65 nm, en 2010 se comercializan chipsets con tecnología de 32 nm. y acontinuacion algunas compañias que producen los CI VLSI :

• Intel
• Texas Instruments
• Samsung
• Analog Devices
• ATI Technologies
• Advanced Micro Devices (AMD)
• STMicroelectronics
• Freescale Semiconductor
• Infineon
• IBM
• NEC
• Toshiba
• NVIDIA
• Qualcomm
• National Semiconductor
• Renesas
• Broadcom
• Micron
• Transmeta

JIMENEZ CANCHAN JEANCARLOS       3 "A"

[Peggy Quispe Tucto]

1 ESCALAS DE INTEGRACIóN DE LOS CIRCUITOS LóGICOS SSI, MSI, LSI Y VLSI

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas
• MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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 INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

2.1 TENSIóN DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni 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 de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

2.3 FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

2.4 NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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 RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes 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 señal eléctrica, esta puede llegar a ser enmascarada con el con-siguiente mal funcionamiento del circuito, como veremos a continuación:

Supongamos que a la salida de la puerta A, hay un "0" lógico, esto significa que la tensión en ese punto puede ser cualquier valor comprendido entre 0 y +1 Voltio, como a 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 puerta A generase una cantidad de ruido mayor a 0,5 Voltios, o la entrada a la puerta B lo captase, significaría esto que la entrada de la puerta B se encontraría con una tensión mayor de +1,5 Voltios que es la VILmax que nos garantiza el buen funcionamiento del circuito; luego podemos decir que el margen de ruido permitido (en las peores condiciones) es de 0,5 V. O lo que es lo mismo, la inmunidad al ruido para niveles bajos es de 0,5 V.

Como el ruido puede hacer que la señal eléctrica aumente o disminuya su valor como indica la figura anterior para un nivel alto de salida en la puerta A de +3 V está dentro del margen de entrada aceptado por la puerta B no estaría garantizado, por lo que igualmente la inmunidad al ruido a nivel alto sería también 0,5 V.

Resumiendo podemos decir que los márgenes entre VOLmax, VILmax por un lado y VOHmin, VIHmin por otro han de ser lo más grande posible posible al objeto de que un circuito sea lo más inmune posible al ruido y tenga las máximas garantías de funcionamiento.

2.6 TIEMPO DE PROPAGACIóN MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

2.7 DISIPACIóN DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es un parámetro importante (que depende del consumo de cada uno de los elementos que lo constituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya que ello supone minimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y líneas de distribución.

En algunas tecnologías apenas existe consumo de energía cuando los niveles de tensiones no varían, pero sí que existe cuando se producen transiciones de nivel alto a bajo o viceversa. En estos casos es común distinguir entre disipación de potencia en condiciones estáticas (sin transiciones entre niveles) y en condiciones dinámicas (con transición de niveles). En este último caso la disipación de potencia depende fuertemente de la rapidez de las transiciones de niveles, es decir, de la frecuencia de las señales involucradas.

VENTAJAS

• 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

[Alexis Ordinola Hurtado]

SSL: Small-Scale Integration (integración a baja escala)

MSL:Medium-Scale Integration (integracion a media escala)

LSI: Large Scale Integration (escala de integracion grande)

VLSI: Very Large Scale Integration (escala de integracion muy grande)

CARACTERÍSTICAS:

Los primeros chip semiconductores contenían sólo un transistor cada uno. A medida que la tecnología de fabricación fue avanzando, se agregaron más y más transistores, y en consecuencia más y más funciones fueron integradas en un mismo chip. El microprocesador es un dispositivo VLSI.

. La cuarta generación (LSI) consistía de sistemas con al menos mil compuertas lógicas. El sucesor natural del LSI fue VLSI (varias decenas de miles de compuertas en un solo chip)

TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

TEMPERATURA MÁXIMA DE TRABAJO:

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado

FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

NIVELES DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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.

MARGEN DE RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes 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 señal eléctrica, esta puede llegar a ser enmascarada con el con-siguiente mal funcionamiento del circuito, como veremos a continuación:

Podemos decir que los márgenes entre VOLmax, VILmax por un lado y VOHmin, VIHmin por otro han de ser lo más grande posible posible al objeto de que un circuito sea lo más inmune posible al ruido y tenga las máximas garantías de funcionamiento.

TIEMPO DE PROPAGACIÓN MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

DISIPACIóN DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

VENTAJAS:

• 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:
• El esmerado estudio que exige el proyecto de un circuitos integrados.
• Las modernas técnicas de fabricación.
• La reducción de longitud en las interconexiones.
• La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual
• El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.
• 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.
• Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad
• 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.
• Esta característica lleva aparejada una formación más completa y teórica de técnicos electrónicos, así corno el uso de instrumental más complejo.
• Reducción de stocks para las reparaciones y montajes.
• Eliminación de los posibles errores en el montaje e interconexión de componentes.
• 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:
• 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 componentes suelen quedar en el exterior del circuito integrado, aunque con las mejoras en los procesos de fabricación constantemente se están superando estas limitaciones.
• Dadas sus dimensiones, la potencia máxima que pueden disipar los circuitos integrados es reducida.
• 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.
• No es conveniente, dado el bajo -rendimiento, integrar en el mismo chip los dos tipos de transistores: PNP y NPN.
• 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.
• 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.

[Luis Riveros Avila]

Ventajas de la  integración de los circuitos lógicos

• 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.

• El esmerado estudio que exige el proyecto de unos circuitos integrados.

• Las modernas técnicas de fabricación.
• La reducción de longitud en las interconexiones.
• La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual
• El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.
• 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.
• Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad

• con gran profusión, mejorando las especificaciones técnicas de los circuitos.

Escalas de integración de los Circuitos lógicos ssi, msi, lsi y vlsi

CIRCUITOS DIGITALES

De acuerdo a su complejidad, los circuitos integrados digitales se clasifican en 4 categorías básicas llamadas SSI, MSI, LSI, y VLSI. Esta clasificación se fundamenta en la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip. Como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos Digitales.

SSI

Significa Small Scale Integration (integración en pequeña escala) y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. Ejemplos: compuertas y slip-flops.

MSI

Significa Médium Scale Integration (integración en mediana escala) y comprende los chips que contiene de 13 a 100 compuertas. Ejemplos; codificadores, registros, contadores, multiplexores, decodificadores, demultiplexores.

LSI

Singnifica Large Scale Integration (integración en alta escala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (ALU´s), microprocesadores de 8 y 16 bits.

VLSI

Significa Very Large Scale Integration (integración de muy alta escala) y comprende los chips que contienen más de 1000 compuertas, Ejemplos: microprocesadores de 32 bits, microcontroladores, sistemas de adquisición de datos.

Características 

Tensión de alimentación y tolerancia

La tensión de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

Temperatura máxima de trabajo

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL.

Los "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

 Fan - out:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital.

La familia lógica TTL tiene un fan-out de 10, mientras que la familia lógica CMOS tiene un fan-out de 50.

Niveles de tensión de entrada y salida

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

·         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.

• 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.

• 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.

Margen de ruido

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales.

• 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.

                                                                                                      3° "B"

[Renzo Leon Castro]

Circuito lógico SSI

Significa Small Scale Integration (integración en pequeña escala) y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. Ejemplos: compuertas y Flip-flops. Los CI SSI se fabrican principalmenteempleando tecnologías TTL, CMOS y ECL. Los primeros circuitos integrados eran SSI

Circuito lógico MSI

Significa Médium Scale Integration (integración en mediana scala) y comprende los chips que contiene de 13 a 100 compuertas. Ejemplos; codificadores, registros, contadores, multiplexores, decodificadores , demultiplexores. Los CI MSI se fabrican empleando tecnologías TTL, CMOS y ECL.

Circuito lógico LSI

Singnifica Large Scale Integration (integración en altascala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (ALU´s), microprocesadores de 8 y 16 bits. Los CI LSI se fabrican principalmenteempleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS.

Circuito lógico VLSI

Significa Very Large Scale Integration (integración de muy alta escala) y comprende los chips que contienen más de 1000 compuertas, Ejemplos: microprocesadores de 32 bits, microcontroladores, sistemas de adquisición de datos. Los CI VLSI se fabrican también empleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS.

Caracteristicas de la familia de circuitos lógicos

La Velocidad

Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito digital a cualquier cambio en sus entradas. La velocidad es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben realizar cálculos numéricos o en circuitos que trabajan con señales de alta frecuencia.

El consumo de potencia mide la cantidad de corriente o de potencia que consume un circuito digital en operación. El consumo de potencia es una consideración importante en el diseño de sistemas operados por baterías

La inmunidad al ruido

Mide la sensibilidad de un circuito digital al ruido electromagnético ambiental. La inmunidad al ruido es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben trabajar en ambientes ruidosos com automóviles, máquinas, circuitos de control industrial,

etc.

La confiabilidad

Mide el período útil de servicio de un circuito digital, es decir, cuánto tiempo se espera que trabaje sin fallar

Niveles de voltaje y estados lógicos

En todos los circuitos digitales prácticos los estados lógicos 1 y 0 se implementan con niveles de voltaje.

Estos niveles tienen rangos muy definidos, separados por una zona de valores inválidos como se muestra en la figura siguiente

En esta figura, el nivel bajo válido es el rango de voltajes entre V0 y V1, mientras que el nivel alto válido es el rango de voltajes entre V2 y V3.

Los voltajes superiores a V3 ó inferiores a V0 son generalmente dañinos para los dispositivos digitales y deben evitarse. Generalmente, V0 corresponde a un nivel de 0 voltios y V3 al valor del voltaje de alimentación (5V, 9V, etc.)

[Luis Loreña Leon]

CIRCUITOS LOGICOS SSI : tambienllamados circuitos de integracion sus ventajas son varias como :

reduccion de coste: pues el proyecto y los utillajes son mas economicos para fabricar un CI que los de un elemento clasico como consecuencia del alto numero de unidades que se hacen de cada tipo, el bajo precio del material , y la automatizacion del proceso se tiene quue algunos modelos de CI resultan de un precio inferior al de un transistor 

Estos programas compraron prácticamente la totalidad de los circuitos integrados desde 1960 a 1963, y fueron los causantes de la fuerte demanda que originó un descenso de los precios en la producción de 1000 dólares la unidad (en dólares de 1960) hasta apenas 25 dólares la unidad (en dólares de 1963).estos circuitos tiene al menos de 10 puertas lógicas

AUMENTO CONSIDERABLE DE LA FIABILIDAD: tiene un fiabilidad en cuanto a funcionamiento y duracion mucho mayor a que otro circuito integrado implementado con compoonentes discretos 

CIRCUITOS LOGICOS MSI:

• MSI (Médium Scale Integration): 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.

• Hay varias ventajas en el uso de los circuitos MSI. Además de que estos bloques funcionales realizados en circuito integrado representan la experiencia y el trabajo de diseñadores de funcioneslógicas que es conveniente tener en cuenta para no repetir esfuerzos, su uso conlleva las siguientes ventajas:
  * Realizaciones más compactas (al tener soluciones completas en un sólo circuitointegrado con algunas pocas puertas extra para realizar la adaptación en algunos casos).
  * Menos alambrado (puesto que para usar los circuitos MSI sólo se requiere alambrar entradas y salidas, la funciónlógica que realizan ya está alambrada en su interior).
  * Soluciones modulares (toda la lógica relacionada con una subfunción está contenida en un solo circuito integrado).
  * Facilidad demantenimiento (por la misma razón que el punto anterior).
  Los circuitos combinacionales comercializados en circuito integrado MSI se pueden clasificar dentro de cuatro grandes divisiones:
  *Circuitos aritméticos (sumadores y comparadores)
  * Generadores de paridad
  * Multiplexores y demultiplexores
  * Codificadores y decodificadores
  Más avanzados son los sistemas de alta y muy altaEscala de Integración (LSI y VLSI) con más de 100 compuertas lógicas.
• CIRCUITOS LOGICO LSI : Singnifica Large Scale Integration (integración en alta escala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (ALU´s), microprocesadores de 8 y 16 bits ,Tambien llamado (Large Scale Integration) o Integracion de larga escala .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. 

CIRCUITOS LOGICOS VLSI:Very Large Scale Integration (escala de integracion muy grande)La integración en escala muy grande de sistemas de circuitos basados en transistores en circuitos integrados comenzó en los años 1980, como parte de las tecnologías de semiconductores y comunicación que se estaban desarrollando.

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.

• LOREÑA LEON LUIS ALBERTO        3"A" 

[pariona.del...@gmail.com]

ESCALAS DE Integración DE LOS CIRCUITOS Lógicos SSI, MSI, LSI y VLSI

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip sedice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración. Las escalas que aquí vamos a tratar son las siguientes:

SSI (Short Scale Integration):

Es la escala de integración más pequeña de todas, ycomprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas.

MSI (Médium Scale Integration):

Esta escala comprende todos aquellos integradoscuyo número de puertas oscila entre 12 y 100 puertas. Es común en sumadores,multiplexores,... Estos integrados son los que se usaban en los primeros ordenadores aparecidos hacia 1970.

 LSI (Large Scale Integration):

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 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 (Very Large Scale Integration):

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 portátiles.

 Características GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

Tensión DE Alimentación Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

 TEMPERATURA Máxima DE TRABAJO:

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

NIVELES DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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.

 

 FAMILIA TTL

La familia lógica transistor-transistor es la más usada. Todos los fabricantes de cierta importancia tienen una línea de productos TTL y, en general, los Cl TTL son producidos por casi todas las compañías. La familia TTL consta a su vez de las siguientes subfamilias:

• TTL estándar
• TTL de baja potencia o bajo consumo
• TTL de alta velocidad
• TTL Schottky
• TTL Schottky de baja potencia

 ALUMNO : PARIONA DE LA CRUZ JUNIOR   3  "A"  

[mizte...@hotmail.com]

Llica García, Jesus.  

3ro B

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado 

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip se dice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración. 

SSI (Small Scale Integration -integración en pequeña escala)

Eran chips que consistian en un número bajo de compuertas, 10 a 13 aproximadamente.

Ejemplos: compuertas y slip-flops.

Los CI SSI se fabrican principalmente empleando tecnologías TTL, CMOS y ECL. Los primeros circuitos integrados eran SSI. Cumplían funciones muy básicas, como puertas lógicas y abarcan desde unos pocos transistores hasta una centena de ellos.

MSI (Médium Scale Integration - integración en mediana escala) 

Comprende los chips que contiene de 13 a 100 compuertas.

Ejemplos; codificadores, registros, contadores, multiplexores, decodificadores,demultiplexores.

Los CI MSI se fabrican empleando tecnologías TTL, CMOS y ECL. Una ventaja de ellos es que permitieron fabricar sistemas electrónicos más complejos utilizando placas impresas más pequeñas, menos trabajo al ensamblarlos (ya que contenían menos chips) y otras ventajas.

LSI (Singnifica Large Scale Integration - integración en alta escala) 

Comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (ALU´s), microprocesadores de 8 y 16 bits. 

Los CI LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS.

VLSI ( Very Large Scale Integration - integración de muy alta escala) 

Comprende los chips que contienen más de 1000 compuertas. Ejemplos: 

microprocesadores de 32 bits, microcontroladores, sistemas de adquisición de datos. 

Los CI VLSI se fabrican también empleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS

Las ventajas que presentan los circuitos integrados es que puedes incorporar varias funciones en un mismo componente electrónico, osea en una sola pieza. De tal forma se ha reducido la gran cantidad de componentes que anteriormente se necesitaba para conformar un circuito electrónico, otro punto importante es que podemos encontrar soluciones a los problemas mucho mas rápido que como lo hacíamos en los equipos antiguos donde hay un sin numero de componentes electrónico. 

[bryam anthony lam campos (uchiha)]

BRYAM ANTHONY LAM CAMPOS              3ero        A

[cro...@mepsa.com]

ESCALAS DE INTEGRACIóN DE LOS CIRCUITOS LóGICOS SSI, MSI, LSI Y VLSI

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas
• MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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.

• 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.

VENTAJAS :

 

·         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.

• El esmerado estudio que exige el proyecto de unos circuitos integrados.
• Las modernas técnicas de fabricación.
• La reducción de longitud en las interconexiones.
• La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual
• El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.
• 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.
• Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad
• con gran profusión, mejorando las especificaciones técnicas de los circuitos.

 LUIS ROJAS SANCHEZ 3ro A

[brayan buendia]

ESCALAS DE INTEGRACIÓN DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS SSI, MSI Y LSI

SSI (Short Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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.

VENTAJAS

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:

El esmerado estudio que exige el proyecto de un circuitos integrados.

Las modernas técnicas de fabricación.

La reducción de longitud en las interconexiones.

La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual

El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.

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.

SSI (Short Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

Tensión DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIA

TEMPERATURA MáXIMA DE TRABAJOFAN 

FAN - OUT

NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA

MARGEN DE RUIDO

TIEMPO DE PROPAGACIóN MEDIO

dISIPACIóN DE POTENCIA

[Elias hermoza]

• ESCALAS DE INTEGRACIóN DE LOS CIRCUITOS LóGICOS SSI, MSI, LSI Y VLSI

• La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

• A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

• Las escalas que aquí vamos a tratar son las siguientes:

  • SSI (Short Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

• • MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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.

• CARACTERíSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

•     

   TENSIóN DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIA

• La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni 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 de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

  Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

  Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

  Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

• 2.3 FAN - OUT:

• Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

  Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

• 2.4 NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:

• Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

• MARGEN DE RUIDO

• El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

•  TIEMPO DE PROPAGACIóN MEDIO:

• Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

  Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

  Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

  Tpd = (Tphl + Tplh)/2

• .7 DISIPACIóN DE POTENCIA

[Daniel Layme Perez]

ESCALAS DE INTEGRACIÓN DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS SSI, MSI Y LSI

-SSI (Short Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

-MSI (Médium Scale Integration): Esta escala comprende todos aquellos integrados cuyo número de puertas oscila ente 12 y 100 puertas. Es común en sumadores, multiplexores,etc.

-LSI (Large Scale Integration): 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 bits. La aparición de los circuitos integrados a gran escala, dio paso a la construcción del microprocesador . 

-VLSI: (Very Large Scale Integration): 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.

CARACTERíSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

* TENSIóN DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

* TEMPERATURA MáXIMA DE TRABAJO:

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

* FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

* NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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.

* MARGEN DE RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes 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 señal eléctrica, esta puede llegar a ser enmascarada con el con-siguiente mal funcionamiento del circuito, como veremos a continuación:

Supongamos que a la salida de la puerta A, hay un "0" lógico, esto significa que la tensión en ese punto puede ser cualquier valor comprendido entre 0 y +1 Voltio, como a 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 puerta A generase una cantidad de ruido mayor a 0,5 Voltios, o la entrada a la puerta B lo captase, significaría esto que la entrada de la puerta B se encontraría con una tensión mayor de +1,5 Voltios que es la VILmax que nos garantiza el buen funcionamiento del circuito; luego podemos decir que el margen de ruido permitido (en las peores condiciones) es de 0,5 V. O lo que es lo mismo, la inmunidad al ruido para niveles bajos es de 0,5 V.

Como el ruido puede hacer que la señal eléctrica aumente o disminuya su valor como indica la figura anterior para un nivel alto de salida en la puerta A de +3 V está dentro del margen de entrada aceptado por la puerta B no estaría garantizado, por lo que igualmente la inmunidad al ruido a nivel alto sería también 0,5 V.

Resumiendo podemos decir que los márgenes entre VOLmax, VILmax por un lado y VOHmin, VIHmin por otro han de ser lo más grande posible posible al objeto de que un circuito sea lo más inmune posible al ruido y tenga las máximas garantías de funcionamiento.

* TIEMPO DE PROPAGACIóN MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

* DISIPACIóN DE POTENCIA:

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es un parámetro importante (que depende del consumo de cada uno de los elementos que lo constituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya que ello supone minimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y líneas de distribución.

En algunas tecnologías apenas existe consumo de energía cuando los niveles de tensiones no varían, pero sí que existe cuando se producen transiciones de nivel alto a bajo o viceversa. En estos casos es común distinguir entre disipación de potencia en condiciones estáticas (sin transiciones entre niveles) y en condiciones dinámicas (con transición de niveles). En este último caso la disipación de potencia depende fuertemente de la rapidez de las transiciones de niveles, es decir, de la frecuencia de las señales involucradas.

Ventajas :

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:

• El esmerado estudio que exige el proyecto de un circuitos integrados.
• Las modernas técnicas de fabricación.
• La reducción de longitud en las interconexiones.
• La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual
• El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.
• 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.

• Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad
• 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.
• Esta característica lleva aparejada una formación más completa y teórica de técnicos electrónicos, así corno el uso de instrumental más complejo.
• Reducción de stocks para las reparaciones y montajes.
• Eliminación de los posibles errores en el montaje e interconexión de componentes.
• 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:
• 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 componentes suelen quedar en el exterior del circuito integrado, aunque con las mejoras en los procesos de fabricación constantemente se están superando estas limitaciones.
• Dadas sus dimensiones, la potencia máxima que pueden disipar los circuitos integrados es reducida.
• 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.
• No es conveniente, dado el bajo -rendimiento, integrar en el mismo chip los dos tipos de transistores: PNP y NPN.
• 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.
• 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.

ALUMNO : LAYME PEREZ DANIEL JHONATAN     3ro A

[marcelo janampa (3ro "B")]

Características generales de los circuitos digitales

ESCALAS DE INTEGRACION DE LOS CIRCUITOS DIGITALES

De acuerdo a su complejidad, los circuitos integrados digitales se clasifican en 4 categorías básicas llamadas SSI, MSI, LSI, y VLSI. Esta clasificación se fundamenta en la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip. Como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos Digitales.

SSI

Significa Small Scale Integration (integración en pequeña escala) y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. Ejemplos: compuertas y slip-flops. Los CI SSI se fabrican principalmente empleando tecnologías TTL, CMOS y ECL. Los primeros circuitos integrados eran SSI

MSI

Significa Médium Scale Integration (integración en mediana scala) y comprende los chips que contiene de 13 a 100 compuertas. Ejemplos; codificadores, registros, contadores, multiplexores, decodificadores, demultiplexores. Los CI MSI se fabrican empleando tecnologías TTL, CMOS y ECL.

LSI

Singnifica Large Scale Integration (integración en alta scala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (ALU´s), microprocesadores de 8 y 16 bits. Los CI LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS.

VLSI

Significa Very Large Scale Integration (integración de muy alta escala) y comprende los chips que contienen más de 1000 compuertas, Ejemplos: microprocesadores de 32 bits, microcontroladores, sistemas de adquisición de datos. Los CI VLSI se fabrican también empleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS.

FAMILIAS LOGICAS DE LOS CIRCUITOS

INTEGRADOS

Una familia lógica es un conjunto de componentes digitales que comparten una tecnología común de Fabricación y tienen estandarizadas sus características de entrada y salida; es decir, son compatibles unos con otros. Como consecuencia de la estandarización, la interconexión entre dispositivos lógicos de una misma es particularmente sencilla y directa: no requiere de etapas adicionales de acoplamiento. CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS

FAMILIAS LÓGICAS

Todas las familias o tecnologías de fabricación de circuitos integrados digitales se agrupan en dos categorías generales: bipolares y MOS. Las características más relevantes de un circuito integrado digital con su velocidad, su consumo de potencia, su inmunidad al ruido y su confiabilidad. A continuación se definen estos términos, desde un punto de vistageneral.

La Velocidad Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito digital a cualquier cambio en sus entradas. La velocidad es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben realizar cálculos numéricos o en circuitos que trabajan con señales de alta frecuencia. El consumo de potencia mide la cantidad de corriente o de potencia que consume un circuito digital en operación. El consumo de potencia es una consideración importante en el diseño de sistemas operados por baterías La inmunidad al ruido Mide la sensibilidad de un circuito digital al ruido electromagnético ambiental. La inmunidad al ruido es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben trabajar en ambientes ruidosos com automóviles, máquinas, circuitos de control industrial,

etc.

La confiabilidad Mide el período útil de servicio de un circuito digital, es decir, cuánto tiempo se espera que trabaje sin fallar Niveles de voltaje y estados lógicos En todos los circuitos digitales prácticos los estados lógicos 1 y 0 se implementan con niveles de voltaje.Estos niveles tienen rangos muy definidos, separados por una zona de valores inválidos como se muestra en la figura siguiente En esta figura, el nivel bajo válido es el rango de voltajes entre V0 y V1, mientras que el nivel alto válido es el rango de voltajes entre V2 y V3. Los voltajes superiores a V3 ó inferiores a V0 son generalmente dañinos para los dispositivos digitales y deben evitarse. Generalmente, V0 corresponde a un nivel de 0 voltios y V3 al valor del voltaje de alimentación (5V, 9V, etc

La zona de niveles inválidos entre V1 y V2 es crítica. En esta área los circuitos digitales trabajan en forma errática porque no saben qué hacer. Un voltaje en ese rango pude ser interpretado como un 1 lógico o como un 0 lógico o no producir efectos alguno. Los niveles de voltaje en circuitos integrados digitales varían de acuerdo con la familia lógica (TTL o CMOS) a la que pertenece el dispositivo. Como hemos visto anteriormente en la tabla anterior hay muchas familias lógicas en las cuales se diferencian por las características anteriores mencionadas pero que en este estudio veremos dos de las familias mas utilizadas y mas conocidas por su versatilidad y por su comodidad en el manejo de ellas mismas, las cuales son los TTL y los CMOS.

LA FAMILIA DE LOS TTL

La familia lógica TTL es quizás la más antigua y común de todas las familias lógicas de circuitos integrados digitales. La mayor parte de los chips SSI y MSI se fabrican utilizando tecnología TTL.Los circuitos integrados TTL implementan su lógica interna, exclusivamente, a base de transistores NPN y PNP, diodos y resistencias. La primera serie de dispositivos digitales TTL fue lanzada por Texas Instruments en 1964. Los chips TTL se usan en toda clase de aplicaciones digitales, desde el más sencillo computador personal hasta el más sofisticado robot industrial. Los circuitos TTL son rápidos, versátiles y muy económicos. La familia TTL esta disponible endos versiones: la serie 54 y la serie 74. La primera se destina a las aplicaciones militares y la segunda a aplicaciones industriales y de propósito general. Los dispositivos de la serie 54 tienen rangos de operación de temperatura y voltaje más flexible (desde -55 hasta 125ºC contra 0 a 70ºC de la serie 74).La familia TTL., o bipolar se divide en las siguientes Categorías o subfamilias básicas:

TTL STANDART TTL SHOTTKY (S)

TTL DE BAJA POTENCIA (L)

TTL SHOTTKY DE BAJA POTENCIA (LS)

TTL DE ALTA VELOCIDAD (H)

TTL SHOTTKY AVAVNZAD (AS)

TTL SHOTTKY DE BAJA POTENCIA  AVANZADA(ALS) Otra familia bipolar muy popular es la ECL (Lógica de emisor acoplado). Los dispositivos de esta familia se caracterizan por su rapidez, pero consumen mucha potencia, son costosos y su manufactura es relativamente compleja. Su uso se limita a aplicaciones de muy alta velocidad.

TTL estandard

Estándar La familia estándar comprende principalmente los dispositivos que se designan como 74xx (7400, 7447, etc.). 74xxx (74123, 74193, etc.), 8xxx (8370, 8552, etc.) Y 96xx (9601, 9615, etc.), Trataremos con preferencia la 1º series 74xx y 74xxx que son las más utilizadas en los circuitos modernos. una gran cantidad de funciones lógicas que se realizan con esta tecnología. Entre las principales tenemos: compuertas, decodificadores, contadores, flip  flop, sumadores, multiplexores y muchas otras que estudiaremos mas adelante. Características de los circuitos integrados

TTL

Las características que más se notan de los circuitos integrados de la familia TTL, estándar son, los siguientes: Alta velocidad de operación. Pueden trabajar con frecuencias de 18 a 20 Mhz y en algunas veces hasta 80 Mhz. La velocidad operación se expresa casi siempre en términos del tiempo o retardo de propagación del CI.

El tiempo o retardo de propagación de un circuito digital es el tiempo que toma un cambio lógico en la entrada en propagarse a través del dispositivo y tiempo un cambio lógico en la salida.

Los tiempos de propagación en TTL normalmente del orden de 2 a 30 nanosegundos por compuerta. Alta disipación de potencia. Es una desventaja asociada con la alta velocidad de operación. En general, cuanto más rápido sea un circuito, más potencia consume y viceversa. La mayoría de los circuitos TTL disipan típicamente, de 1 a 25 milivatios por compuerta. Tensión de alimentación nominal de +5V. Los circuitos TTL en general pueden operar con tensiones de CC entre 4.75 y 5.25 V pero el valor nominal de la tensión de trabajo es +5 V. Por esta razón, los aparatos que incluyen circuitos integrados TTL se deben alimentarcon una fuente regulada de 5 voltios.

Niveles de voltaje de 0 a 0.08 V para el estado bajo y de 2.4 a 5.0 V para el estado alto. En general, los circuitos TTL interpretan cualquier voltaje entre 0 y 0.8V como un cero (0) lógico o bajo y cualquier voltaje entre 2.4 y 5V como un (1) lógico o alto. máximo voltaje positivo que puede aplicarse a una entrada TTL es +5.5V y el máxino negativo es -0.5V. Al excederse estos parametros, los dispositivos TTL generalmente se destruyen.

Abanicos  de entrada (fan-in) y de salida (fan-out)

La familia TTL utiliza a dos parámetros para determinar cuántos dispositivos TTL se pueden conectar entre sí. Estos parámetros se denominan abanico de entrada (fan-out).

El fain-in mide el efecto de carga que presenta una entrada a una salida. Cada entrada de un circuito TTL estándar se comporta com una fuente de corriente capaz de suministrar 1.8 mA. A este valor de corriente se le asigna un fan-in de 1.

El fan-out mide la capacidad de una salida de manejar una o más entradas. Cada salida de un circuito TTL estándar se comporta como un disipador de corriente capaz de aceptar hasta 18 mA, es decir de manejar hasta 10 entradas TTL estándares. Por tanto, el fan-out de una salida TTL estándar es 10.

Existen dispositivos TTL especiales llamados buffers (separadores) y drivers (manejadores) que tienen fan-outs de 30, 50 r incluso 100. Se utilizan en aplicaciones donde una determinada línea de salida debe manejar al mismo tiempo un gran número de líneas de entrada. Los buffers y drivers se estudian en detalle en las lecciones 6 y 8.

Otros circuitos integrados TTL

Existen varias series o subfamilias TTL, además e la  serie TTL estándar 74. Cada una de estas subfamilias posee características propias que las hacen adecuadas para aplicaciones o necesidades muy específicas. Las más conocidas son:

TTL de baja potencia. Comprenden los dispositivos designados como 74L00, 74L04. Consumen 10 veces menos potencia que los dispositivos TTL estándares correspondientes pero son 4 veces más lentos.

 TTL de alta velocidad. Comprende los dispositivos designados como 74Hxx y 74Hxxx; por ejemplo: 74H05, 74H123. Consumen 2.5 veces más potencia que los dispositivos TTL estándares pero son 2 veces más rápidos.

TTL Shottky. Comprende los dispositivos designados como 74Sxx y 74Sxxx; por ejemplo 74S181, 74S11. Consumen 1.8 veces más potencia que los dispositivos TTL estándares pero son 4 veces más rápidos.

TTL Shottky de baja potencia. Comprende los  designados como 74ALSXX y 74ALSXXX; por ejemplo: 74ALS00, 74ALS73. Consumen la mitad de la potencia requerida por los dispositivos LS equivalentes y son el doble de rápidos.

TTL Shottky avanzada. Comprende los dispositivos designados como 74AS xx y 74ASxxx; por ejemplo 74AS00, 74AS73. Proporciona los más cortos tiempos de propagación que el estado actual de la tecnología bipolar puede ofrecer y su consumo es intermedio entre TTL estándar y LS dispositivos designados como 74LSxx 74LSxxx (74LS83, 74LS221, etc.). Consumen 5 veces menos potencia que los dispositivos TTL estándares y son igual de rápidos. Esta es la subfamilia más utilizada entre todas las divisiones de la familia TTL.

ABREVIATURAS TIPICAS DE LOS INTEGRADOS

= NIVEL LOGICO ALTO (ESTABLE)

= NIVEL LOGICO BAJO (ESTABLE)

= FLANCO DE SUBIDA (paso de nivel lógico bajo a nivel alto)

= FLANCO DE BAJADA (paso de nivel lógico alto a nivel alto)

= NIVEL DE ESTADO DIFERENTE

= ESTADO DE ALTA IMPEDANCIA DE UNA

 SALIDA (LOGICA TRI-STATE)

= EL NIVEL LOGICO ESTABLE DE LAS ENTRADAS A...H

= SALIDAS DE FLIP FLOP

= ENTRADA DE DATOS

= HABILITADOR

= SELECTOR

= SELECTOR DE ENCENDIDO O APAGADO

= TIERRA

= VOLTAGE

= ENTRADAS

= ENTRADA O SALIDA DEL RELOJ

= INHABILITADOR DE SALIDA

= SELECTOR DE GRUPO

= SALIDA DE CONTROL

DATA INPUTS

ENABLE

SELECT

CS

GND

VCC

DO.....Dn

CLOCK

INHIBIBIT-OUT

SG

OUTPUT

ESCALAS DE INTEGRACIÓN DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS SSI, MSI Y LSI

El esfuerzo de la industria electrónica en la miniaturización de sus equipos se ha visto compensado ampliamente con el descubrimiento de los circuitos integrados, en los que se ha conseguido construir miles de componentes dentro de la misma cápsula, cuyas dimensiones son similares a las de un simple -transistor. Pero la enorme reducción de volumen no ha sido la única ventaja por la que los circuitos integrados se han hecho indispensables 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:
• El esmerado estudio que exige el proyecto de un circuitos integrados.
• Las modernas técnicas de fabricación.
• La reducción de longitud en las interconexiones.
• La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual
• El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.
• 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.
• Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad
• 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.
• Esta característica lleva aparejada una formación más completa y teórica de técnicos electrónicos, así corno el uso de instrumental más complejo.
• Reducción de stocks para las reparaciones y montajes.
• Eliminación de los posibles errores en el montaje e interconexión de componentes.
• 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:
• 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 componentes suelen quedar en el exterior del circuito integrado, aunque con las mejoras en los procesos de fabricación constantemente se están superando estas limitaciones.
• Dadas sus dimensiones, la potencia máxima que pueden disipar los circuitos integrados es reducida.
• 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.
• No es conveniente, dado el bajo -rendimiento, integrar en el mismo chip los dos tipos de transistores: PNP y NPN.
• 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.
• 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, LSI Y VLSI

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

• MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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 INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

2.1 TENSIóN DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni 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 de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

2.3 FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

2.4 NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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 RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes 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 señal eléctrica, esta puede llegar a ser enmascarada con el con-siguiente mal funcionamiento del circuito, como veremos a continuación:

Supongamos que a la salida de la puerta A, hay un "0" lógico, esto significa que la tensión en ese punto puede ser cualquier valor comprendido entre 0 y +1 Voltio, como a 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 puerta A generase una cantidad de ruido mayor a 0,5 Voltios, o la entrada a la puerta B lo captase, significaría esto que la entrada de la puerta B se encontraría con una tensión mayor de +1,5 Voltios que es la VILmax que nos garantiza el buen funcionamiento del circuito; luego podemos decir que el margen de ruido permitido (en las peores condiciones) es de 0,5 V. O lo que es lo mismo, la inmunidad al ruido para niveles bajos es de 0,5 V.

Como el ruido puede hacer que la señal eléctrica aumente o disminuya su valor como indica la figura anterior para un nivel alto de salida en la puerta A de +3 V está dentro del margen de entrada aceptado por la puerta B no estaría garantizado, por lo que igualmente la inmunidad al ruido a nivel alto sería también 0,5 V.

Resumiendo podemos decir que los márgenes entre VOLmax, VILmax por un lado y VOHmin, VIHmin por otro han de ser lo más grande posible posible al objeto de que un circuito sea lo más inmune posible al ruido y tenga las máximas garantías de funcionamiento.

2.6 TIEMPO DE PROPAGACIóN MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

2.7 DISIPACIóN DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es un parámetro importante (que depende del consumo de cada uno de los elementos que lo constituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya que ello supone minimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y líneas de distribución.

En algunas tecnologías apenas existe consumo de energía cuando los niveles de tensiones no varían, pero sí que existe cuando se producen transiciones de nivel alto a bajo o viceversa. En estos casos es común distinguir entre disipación de potencia en condiciones estáticas (sin transiciones entre niveles) y en condiciones dinámicas (con transición de niveles). En este último caso la disipación de potencia depende fuertemente de la rapidez de las transiciones de niveles, es decir, de la frecuencia de las señales involucradas.

3 FAMILIA TTL

La familia lógica transistor-transistor es la más usada. Todos los fabricantes de cierta importancia tienen una línea de productos TTL y, en general, los Cl TTL son producidos por casi todas las compañías. La familia TTL consta a su vez de las siguientes subfamilias:

• TTL estándar
• TTL de baja potencia o bajo consumo
• TTL de alta velocidad
• TTL Schottky
• TTL Schottky de baja potencia

TTL es estandar

El circuito funciona con una alimentación única de + 5V, ± 5 % y es compatible con todos los circuitos de otras subfamilias TTL, así como también con la familia lógica DTL. Tiene un retraso típico de 10 ns, temperatura de trabajo de 0ºC a 70ºC, fan-out de 10, margen de ruido en estado 0 y en 1 de 400 mV, una potencia de disipación de 10 mW or puerta y una frecuencia maxima para los flip-flop de 35 MHz. Corresponde a la serie 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 puerta de 1 mW y una frecuencia máxima de 3 MHz de funcionamiento para los flip-flop. Su empleo 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 de 6 ns, consumo de 22 mW por puerta y frecuencia operativa máxima de flip-flop de 50 MHz.

TTL Schottky" (STTL, Serie SN 54 S/74/S)

El circuito TTI, Schottky ha sido uno de los más recientes desarrollos y constituye el más rápido de las subfamilias TTL, aproximándose su velocidad a la familia lógica ECL. Se caracterizan por su rapidez, ya que no almacenan cargas y porque son muy sencillos de fabricar.

El circuito es similar al TTL de alta velocidad, pero la base de cada transistor está conectada al colector a través de un diodo de Schottky. El diodo actúa como desviador de] exceso de corriente de base cuando el transistor se activa, y guarda una carga almacenada, evitando la saturación de los transistores. La ausencia de-una carga almacenada reduce el tiempo del cambio del transistor y aumenta la velocidad del circuito. La subfamilia Schottky tiene una propagación típica de 3 ns, un consumo de 19 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 él se 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 por puerta de sólo 2 mW, con una frecuencia máxima de flip-flop de 35 MHz.

FAMILIA CMOS

La familia lógica de MOS complementarios está caracterizada por su bajo consumo. Es la más reciente de todas las grandes familias y la única cuyos componentes se construyen mediante el proceso MOS. El elemento básico de la CMOS es un inversor.

Los transistores CMOS tienen características que los diferencian notablemente de los bipolares:

• 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 digitales alimentados por baterías y en sistemas especiales que tienen que funcionar durante largos períodos de tiempo, con bajos niveles de potencia. La elevada inmunidad al ruido es la ventaja principal para su aplicación en los automatismos industriales.

Las desventajas que sobresalen en la familia CMOS son su baja velocidad, con un retardo típico de 25 a 50 ns o más, especialmente cuando la puerta tiene como carga un elemento capacitivo; también hay que citar que el proceso de fabricación es más caro y complejo 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 de tensiones de alimentación, que abarca desde los 3 a los 15 V, lo que permite la conexión directa de los componentes de dicha familia con los de la TTL, cuando se alimenta con 5 V a los circuitos integrados CMOS.

La serie 4000 de circuitos integrados CMOS es muy popular y consta, entre otros, de los siguientes modelos.

• 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 una tensión de alimentación de 3 a 18 V, un consumo por puerta de 2,5 nW y un tiempo de propagación por puerta de 40 ns. En el mismo grupo hay dos subfamilias, cada vez más 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 sin polarizar actúa como entrada con nivel alto, en las de tecnología CMOS se deben de unir directamente a la alimentación o a masa, según se desee se comporten con nivel alto o bajo, respectivamente.

A continuación se exponen los valores más relevantes de los parámetros de la familia CMOS, alimentada a 5 V, y los de la TTL.

FAMILIA	TTL	C-MOS
Alimentación + (voltios)	+5	+3 a +15
FAN-OUT	10	50
Inmunidad al ruido (v)	0,4	1
Máx. Frecuencia (MHz)	35	10

[Kleisvit Nestor Alva Rojas]

Las escalas de Integración son 4: SSI, MSI, LSI, VLSI; a continuación veremos cada una de ellas.

  SSI.- Significa Small Scale Integration ( integración en pequeña escala)y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas.Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas; Ejemplos: compuertas y flip flops. los Circuitos Integrados SSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos y ecl. los primeros Circuitos Integrados eran SSI .

  MSI.- Significan Medium Scale Integration ( integración en mediana escala), y comprende los chips que contienen de 13 a 100 compuertas.Estos integrados son los que se usaban en los primeros ordenadores aparecidos hacia 1970 . Ejemplos: codificadores, registros, contadores , multiplexores, de codificadores y de multiplexores. los Circuitos Integrados MSI se fabrican empleando tecnologías ttl, cmos, y ecl.

  LSI.- significa Large-Scale Integration ( integración en alta escala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas.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 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. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's), microprocesadores de 8 y 16 bits . los Circuitos Integrados LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías i2l, nmos y pmos.

   VLSI.- Significa Very Large Scale Integration ( integración en muy alta escala) y comprende los chips que contienen mas de 1000 compuertas ejemplos: micro-procesadores de 32 bits, micro-controladores, sistemas de adquisición de datos.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. Los Circuitos Integrados VSLI se fabrican también empleando tecnologías ttl, cmos y pmos.

Ventajas:

• 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:
• El esmerado estudio que exige el proyecto de un circuitos integrados.
• Las modernas técnicas de fabricación.
• La reducción de longitud en las interconexiones.
• La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual
• El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.
• 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.
• Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad
• 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.
• Esta característica lleva aparejada una formación más completa y teórica de técnicos electrónicos, así corno el uso de instrumental más complejo.
• Reducción de stocks para las reparaciones y montajes.
• Eliminación de los posibles errores en el montaje e interconexión de componentes.
• 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.
• 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.

        Alumno: Alva Rojas Kleisvit Néstor 3 "A"

[Jasson Rosales Astuhuaman]

Escalas de integración de los Circuitos lógicos ssi, msi, lsi y vlsi

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip se dice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración.

Las escalas que aquí vamos a tratar son las siguientes:

 

DENOMINACIÓN ESCALA	Nº DE COMPUERTAS/CIRCUITO INTEGRADO
PEQUEÑA ESCALA DE INTEGRACIÓN (SSI)	MENOS DE  10
MEDIANA ESCALA DE INTEGRACIÓN (MSI)	MAS DE 10 Y MENOS DE  100
GRAN ESCALA DE INTEGRACIÓN (LSI)	MAS DE 100 Y MENOS DE 10.000
MUY GRANDE ESCALA DE INTEGRACIÓN (VLSI)	MAS DE 10.000 Y MENOS DE 100.000
ULTRA GRANDE ESCALA DE INTEGRACIÓN (ULSI)	MAS DE 100.000

 

-          Ventajas de la  integración de los circuitos lógicos

• -          la ventaja más obvia en cuanto a la utilización de circuitos integrados en los sistemas digitales es el ahorro de espacio
• 
  
•             se consigue un ahorro de potencia , debido a su pequeña circuitería esto trae como consecuencia que haya una menor                  preocupación por el calentamiento del circuito integrado
  
• 
  
•             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        

[Granados Obispo Orlando]

ESCALAS DE INTEGRACIóN DE LOS CIRCUITOS LóGICOS SSI, MSI, LSI Y VLSI VENTAJAS Y CARACTERISTICAS.

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

• MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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.

• CARACTERíSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

  Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

• TENSIóN DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIA

• La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

• TEMPERATURA MáXIMA DE TRABAJO:

• Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

  Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

  Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

  Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

• FAN - OUT:

• Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

  Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

• NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:

• Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

  A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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.                    

• • GRANADOS OBISPO ORLANDO

[Alexander Chavez Ochoa]

Circuitos MSI y LSI : 
La evolución de la electrónica digital ha llevado a la comercialización de circuitos integrados de media escala de integración (MSI) de hasta 100compuertas lógicas que representan soluciones ya hechas a una gran variedad de problemas de lógica combinacional y secuencial. En este capítulo se presentan las funciones típicas de lógicacombinacional que han encontrado su realización en circuitos integrados comerciales MSI así como su utilización y adaptación a diversos problemas mediante la lógica SSI (pequeña escala de integración)adecuada. 

Hay varias ventajas en el uso de los circuitos MSI. Además de que estos bloques funcionales realizados en circuito integrado representan la experiencia y el trabajo de diseñadores de funcioneslógicas que es conveniente tener en cuenta para no repetir esfuerzos, su uso conlleva las siguientes ventajas:
* Realizaciones más compactas (al tener soluciones completas en un sólo circuitointegrado con algunas pocas puertas extra para realizar la adaptación en algunos casos).
* Menos alambrado (puesto que para usar los circuitos MSI sólo se requiere alambrar entradas y salidas, la funciónlógica que realizan ya está alambrada en su interior).
* Soluciones modulares (toda la lógica relacionada con una subfunción está contenida en un solo circuito integrado).
* Facilidad demantenimiento (por la misma razón que el punto anterior).
Los circuitos combinacionales comercializados en circuito integrado MSI se pueden clasificar dentro de cuatro grandes divisiones:
*Circuitos aritméticos (sumadores y comparadores)
* Generadores de paridad
* Multiplexores y demultiplexores
* Codificadores y decodificadores
Más avanzados son los sistemas de alta y muy altaEscala de Integración (LSI y VLSI) con más de 100 compuertas lógicas.

SSI:

• SSI (Short Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

VLSI:

[jeffers...@gmail.com]

ESCALAS DE INTEGRACIóN DE LOS CIRCUITOS LóGICOS SSI, MSI, LSI Y VLSI

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip se dice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración.

Las escalas que aquí vamos a tratar son las siguientes:

ŸSSI (Short Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

ŸMSI (Médium Scale Integration): 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.

ŸLSI (Large Scale Integration): 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 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

ŸVLSI: (Very Large Scale Integration) 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.

Características  GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

Tensión DE Alimentación Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

TEMPERATURA Máxima DE TRABAJO:

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

 FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado Alto o Bajo de ella.

ŸCualquier 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).

ŸIgual 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.

MARGEN DE RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes suelen ser:

ŸRuido ambiental, radiado en las cercanías del sistema digital. Algunos ejemplos son: motores con escobillas, contactores, relés, máquinas de soldadura, etc.

ŸRuido exterior al sistema digital, que se acoplan por la fuente de alimentación.

ŸPicos en la alimentación provocados por cambios bruscos de consumo. Por ejemplo, conmutaciones sobre líneas de alterna o continua con cargas fuertes.

ŸRuido acoplado en conexiones o- líneas cercanas.

ŸRuido producido por reflexiones y oscilaciones en líneas mal adaptadas.

TIEMPO DE PROPAGACIóN MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

Disipación DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

FAMILIA TTL

La familia lógica transistor-transistor es la más usada. Todos los fabricantes de cierta importancia tienen una línea de productos TTL y, en general, los Cl TTL son producidos por casi todas las compañías. La familia TTL consta a su vez de las siguientes subfamilias:

• TTL estándar

• TTL de baja potencia o bajo consumo

• TTL de alta velocidad

• TTL Schottky

• TTL Schottky de baja potencia

  TTL es estandar

El circuito funciona con una alimentación única de + 5V, ± 5 % y es compatible con todos los circuitos de otras subfamilias TTL, así como también con la familia lógica DTL. Tiene un retraso típico de 10 ns, temperatura de trabajo de 0ºC a 70ºC, fan-out de 10, margen de ruido en estado 0 y en 1 de 400 mV, una potencia de disipación de 10 mW or puerta y una frecuencia maxima para los flip-flop de 35 MHz. Corresponde a la serie SN 54174 de Texas, conocida y utilizada mundialmente.

FAMILIA CMOS

La familia lógica de MOS complementarios está caracterizada por su bajo consumo. Es la más reciente de todas las grandes familias y la única cuyos componentes se construyen mediante el proceso MOS. El elemento básico de la CMOS es un inversor.

Los transistores CMOS tienen características que los diferencian notablemente de los bipolares:

• 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.

• A continuación se exponen los valores más relevantes de los parámetros de la familia CMOS, alimentada a 5 V, y los de la TTL.

FAMILIA	TTL	C-MOS
Alimentación + (voltios)	+5	+3 a +15
FAN-OUT	10	50
Inmunidad al ruido (v)	0,4	1
Máx. Frecuencia (MHz)	35	10

•  

 

 

 

                                   ALUMNO:   GOMEZ JAPA JEFFERSON       3 “A”

[christiancco...@gmail.com]

ESCALAS DE INTEGRACIÓN DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS

 

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas 

►   MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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 portátiles.

 

Las escalas de integración hacen referencia a la complejidad de los circuitos integrados, dichas escalas están normalizadas por los fabricantes.

 

 

 

 

 

Escala de integración	Nº componentes	Aplicaciones típicas
SSI: pequeña escala de integración	<100	Puertas lógica y biestables
MSI: media escala de integración	+100 y -1000	Codificadores, sumadores, registros...
LSI: gran escala de integración	+1000 y -100000	Circuitos aritméticos complejos, memorias...
VLSI: Muy alta escala de integración	+100000 y -106	Microprocesadores, memorias, microcontroladores...

 

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

 

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes: 

►  TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN Y TOLERANCIA

►  TEMPERATURA MÁXIMA DE TRABAJO

►  FAN – OUT

►  NIVELES DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA

►  MARGEN DE RUIDO

►  TIEMPO DE PROPAGACIÓN MEDIO

►  DISIPACIÓN DE POTENCIA 

 

CLASIFICACIÓN DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS POR SU APLICACIÓN

 

►  Circuitos de aplicación específica: circuitos diseñados para una función concreta (tarjeta de sonido, de video, amplificadores, temporizadores, reguladores) 

►  Circuitos de propósito general: aquellos circuitos que pueden realizar diferentes funciones (microcontroladores, familia 74XX y 40XX). 

►  Circuitos programables: presentan características intermedias a los anteriores (Dispositivos Lógicos Programables (PLD), Arrays de Puertas Programables (FPGA).  

 Características GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

Tensión DE Alimentación Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

TEMPERATURA Máxima DE TRABAJO:

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

 FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

NIVELES DE Tensión DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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.

TIEMPO DE Propagación MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

 Disipación DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es un parámetro importante (que depende del consumo de cada uno de los elementos que lo constituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya que ello supone minimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y líneas de distribución.

[christiancco...@gmail.com]

ESCALAS DE INTEGRACIÓN DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS

 

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip se dice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración.

CCOILLO GONZALES CHRISTIAN RONALD   3´´A´´

[sofia.8....@gmail.com]

SSI (Small Scale Integration) :

Integración a pequeña escala.

Circuitos integrados que contienen entre 10 y 100 transistores equivalentes a 1 a 10 puertas lógicas. Empleados en general para circuitos estándar.  Definidos como circuitos rápidos y simples. Contienen puertas básicas como NO-Y (NAND), NO-O (NOR), O-Exclusiva (EXOR), NO (NOT), etc.

LSI (Large Scale Integration) :

Integración a gran escala.

Circuitos integrados que contienen entre 1000 y 10.000 transistores, equivalentes a 100 a 1000 puertas lógicas.

MSI (Medium Scale Integration) :

Integración a media escala.

Circuitos integrados que contienen entre 10 y 100 puertas equivalentes a 100 y 1000 transistores. Empleados en general para circuitos estándar.  Contienen bloques lógicos un poco más complejos que las simples puertas, tales como registros, decodificadores, multiplexores, contadores, sumadores, comparadores, etc.

VLSI (Very Large Scale Integration) :

Integración a muy gran escala.

Circuitos integrados que contienen entre 1000 y 10.000 puertas, equivalentes a 10.000 a 100.000 transistores. Empleados en general para microprocesadores  y memorias.

Alumna: Diaz Layango Karla.

Aula: 3 "B".

[Grecia Almendra Uriarte Quiñones]

ESCALAS DE INTEGRACIÓN DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS

 

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado 

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas 

►   MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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 portátiles.

►   GLSI (Giga gran escala de integración.) Tecnología de circuitos integrados que utiliza más de un millón de transistores por circuitos integrado y más de 100.000 puertas lógicas.

 Las escalas de integración hacen referencia a la complejidad de los circuitos integrados, dichas escalas están normalizadas por los fabricantes.

 

Escala de integración	Nº componentes	Aplicaciones típicas
SSI: pequeña escala de integración	<100	Puertas lógica y biestables
MSI: media escala de integración	+100 y -1000	Codificadores, sumadores, registros...
LSI: gran escala de integración	+1000 y -100000	Circuitos aritméticos complejos, memorias...
VLSI: Muy alta escala de integración	+100000 y -106	Microprocesadores, memorias, microcontroladores...

ULSI: Ultra alta escala de integración

+ 106

Procesadores digitales y microprocesadores avanzados

 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

 

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes: 

►  TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN Y TOLERANCIA

►  TEMPERATURA MÁXIMA DE TRABAJO

►  FAN – OUT

►  NIVELES DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA

►  MARGEN DE RUIDO

►  TIEMPO DE PROPAGACIÓN MEDIO

►  DISIPACIÓN DE POTENCIA 

 

CLASIFICACIÓN DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS POR SU APLICACIÓN

 

►  Circuitos de aplicación específica: circuitos diseñados para una función concreta (tarjeta de sonido, de video, amplificadores, temporizadores, reguladores) 

►  Circuitos de propósito general: aquellos circuitos que pueden realizar diferentes funciones (microcontroladores, familia 74XX y 40XX). 

►  Circuitos programables: presentan características intermedias a los anteriores (Dispositivos Lógicos Programables (PLD), Arrays de Puertas Programables (FPGA).  

VENTAJAS

Fiabilidad : se reduce el numero de conexiones y soldaduras

Modularidad : los diseños se estandarizan  y su proceso de cálcula se hace mucho más simple.

Fácil reparación :basta con sustituir el circuito integrado por otro. Los componentes del circuito , como transistores , diodos ,resistencias ,etc. Se fabrican y se conexionan directamente en un sustrato de silicio . Sobre una oblea de silicio se fabrican cientos de circuitos integrados.

APLICACIONES

En la actualidad se pueden encontrar prácticamente en cualquier máquina , aparato eléctronico , incluso algunos  de ellos los circuitos integrados constituyen la parte de la máquinas de control númerico (tornos, fresadoras )autómatas programables robots.

Nombre : Grecia Almendra Uriarte Quiñones

Sección: 3"B"

[paulantony...@gmail.com]

ESCALAS DE INTEGRACION DE LOS CIRCUITOS LOGICOS SSI, MSI, LSI Y VLSI

 

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas. Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale  Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puerta

MSI (Médium Scale Integration): Esta escala comprende todos aquellos integrados cuyo número de puertas oscila entre 12 y 100 puertas. Es común en sumadores, multiplexores. Estos integrados son los que se usaban en los primeros ordenadores aparecidos hacia 1970LSI (Large Scale Integration): 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 bits. La aparición de los circuitos integrados a gran escala, dio paso a la construcción del micro procesador . 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: (Very Large Scale Integration) 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.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

TENSION DE ALIMENTACION Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

 TEMPERATURA MAXIMA DE TRABAJO:

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

 FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15 ,lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

 NIVELES DE TENSION DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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 VIH min. (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 VIL max.

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 VOL max 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.

MARGEN DE RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes 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 algebráica mente 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 señal eléctrica, esta puede llegar a ser enmascarada con el con-siguiente mal funcionamiento del circuito, como veremos a continuación:   Supongamos que a la salida de la puerta A, hay un "0" lógico, esto significa que la tensión en ese punto puede ser cualquier valor comprendido entre  0 y +1 Voltio, como a 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 puerta A generase una cantidad de ruido mayor a 0,5 Voltios, o la entrada a la puerta B lo captase, significaría esto que la entrada de la puerta B se encontraría con una tensión mayor de +1,5 Voltios que es la VIL max que nos garantiza el buen funcionamiento del circuito; luego podemos decir que el margen de ruido permitido (en las peores condiciones) es de 0,5 V. O lo que es lo mismo, la inmunidad al ruido para niveles bajos es de 0,5 V.

 

Como el ruido puede hacer que la señal eléctrica aumente o disminuya su valor como indica la figura anterior para un nivel alto de salida en la puerta A de +3 V está dentro del margen de entrada aceptado por la puerta B no estaría garantizado, por lo que igualmente la inmunidad al ruido a nivel alto sería también 0,5 V.

 Podemos decir que los márgenes entre VOLmax, VILmax por un lado y VOHmin, VIHmin por otro han de ser lo más grande posible posible al objeto de que un circuito sea lo más inmune posible al ruido y tenga las máximas garantías de funcionamiento.

 TIEMPO DE PROPAGACION MEDIO:

 

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

 DISIPACION DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible. Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es un parámetro importante (que depende del consumo de cada uno de loselementos que lo constituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya que ello supone minimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y líneas de distribución.

En algunas tecnologías apenas existe consumo de energía cuando los niveles de tensiones no varían, pero sí que existe cuando se producen transiciones de nivel alto a bajo o viceversa. En estos casos es común distinguir entre disipación de potencia en condiciones estáticas (sin transiciones entre niveles) y en condiciones dinámicas (con transición de niveles). En este último caso la disipación de potencia depende fuertemente de la rapidez de las transiciones de niveles, es decir, de la frecuencia de las señales involucradas.

 FAMILIA TTL

La familia lógica transistor-transistor es la más usada. Todos los fabricantes de cierta importancia tienen una línea de productos TTL y, en general, los Cl TTL son producidos por casi todas las compañías. La familia TTL consta a su vez de las siguientes subfamilias:

TTL estándar

TTL de baja potencia o bajo consumo

TTL de alta velocidad

TTL Schottky

TTL Schottky de baja potencia

TTL es estandar

El circuito funciona con una alimentación única de + 5V, ± 5 % y es compatible con todos los circuitos de otras subfamilias TTL, así como también con la familia lógica DTL. Tiene un retraso típico de 10 ns, temperatura de trabajo de 0ºC a 70ºC, fan-out de 10, margen de ruido en estado 0 y en 1 de 400 mV, una potencia de disipación de 10 mW or puerta y una frecuencia maxima para los flip-flop de 35 MHz. Corresponde a la serie 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 puerta de 1 mW y una frecuencia máxima de 3 MHz de funcionamiento para los flip-flop. Su empleo 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 de 6 ns, consumo de 22 mW por puerta y frecuencia operativa máxima de flip-flop de 50 MHz.

TTL Schottky" (STTL, Serie SN 54 S/74/S)El circuito TTI, Schottky ha sido uno de los más recientes desarrollos y constituye el más rápido de las subfamilias TTL, aproximándose su velocidad a la familia lógica ECL. Se caracterizan por su rapidez, ya que no almacenan cargas y porque son muy sencillos de fabricar.

El circuito es similar al TTL de alta velocidad, pero la base de cada transistor está conectada al colector a través de un diodo de Schottky. El diodo actúa como desviador de] exceso de corriente de base cuando el transistor se activa, y guarda una carga almacenada, evitando la saturación de los transistores. La ausencia de-una carga almacenada reduce el tiempo del cambio del transistor y aumenta la velocidad del circuito. La subfamilia Schottky tiene una propagación típica de 3 ns, un consumo de 19 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 él se 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 por puerta de sólo 2 mW, con una frecuencia máxima de flip-flop de 35 MHz.

FAMILIA CMOS

La familia lógica de MOS complementarios está caracterizada por su bajo consumo. Es la más reciente de todas las grandes familias y la única cuyos componentes se construyen mediante el proceso MOS. El elemento básico de la CMOS es un inversor.

Los transistores CMOS tienen características que los diferencian notablemente de los bipolares:

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 digitales alimentados por baterías y en sistemas especiales que tienen que funcionar durante largos períodos de tiempo, con bajos niveles de potencia. La elevada inmunidad al ruido es la ventaja principal para su aplicación en los automatismos industriales.

Las desventajas que sobresalen en la familia CMOS son su baja velocidad, con un retardo típico de 25 a 50 ns o más, especialmente cuando la puerta tiene como carga un elemento capacitivo; también hay que citar que el proceso de fabricación es más caro y complejo 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 de tensiones de alimentación, que abarca desde los 3 a los 15 V, lo que permite la conexión directa de los componentes de dicha familia con los de la TTL, cuando se alimenta con 5 V a los circuitos integrados CMOS.

La serie 4000 de circuitos integrados CMOS es muy popular y consta, entre otros, de los siguientes modelos. 4000 Dos puertas NOR de 3 entradas y un inversor.4001 4 puertas NOR de 2 entradas.

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 sin polarizar actúa como entrada con nivel alto, en las de tecnología CMOS se deben de unir directamente a la alimentación o a masa, según se desee se comporten con nivel alto o bajo, respectivamente.

A continuación se exponen los valores más relevantes de los parámetros de la familia CMOS, alimentada a 5 V, y los de la TTL.

FAMILIA

TTL

C-MOS

Alimentación + (voltios)+5+3 a +15

FAN-OUT10.50Inmunidad al ruido (v)0,41Máx. Frecuencia (MHz)35,10

[kmj.g...@gmail.com]

Escala de integracion de Los Circuitos logicos

De acuerdo a su complejidad, los circuitos integrados digitales se clasifican en 4 categorías básicas llamadas SSI, MSI, LSI, y VLSI. Esta clasificación se fundamenta en la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip. Como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos Digitales.

SSI (Integracion de Baja Escala)

Hace referencia a los primeros circuitos integrados que se desarrollaron. cumplen funciones Muy basicas ( puertas logicas y transistores) este tipo de circuito es de pequeño nivel que proporciona de 10 a 100 transistores y menos de 13 Compuertas logicas : Compuertas Flip Flops 

Los circuitos Integrados SSI Se fabrican ultilizandod tecnologias ttl , cmos y ecl 

MSI

Significa Médium Scale Integration (integración en mediana scala) y comprende los chips que contiene de 13 a 100 compuertas. Ejemplos; codificadores, registros, contadores, multiplexores,decodificadores,demultiplexores. Los CI MSI se fabrican empleando tecnologías TTL, CMOS y ECL.

LSI

Singnifica Large Scale Integration (integración en altascala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (ALU´s), microprocesadores de 8 y 16 bits. Los CI LSI se fabrican principalmenteempleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS.

VLSI

Significa Very Large Scale Integration (integración de muy alta escala) y comprende los chips que contienen más de 1000 compuertas, Ejemplos: microprocesadores de 32 bits, microcontroladores, sistemas de adquisición de datos. Los CI VLSI se fabrican también empleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS FAMILIAS LÓGICAS

Las características más relevantes de un circuito integrado digital con su velocidad, su consumo de potencia, su inmunidad al ruido y su confiabilidad.

La Velocidad

Mide la rapidez de respuesta de las salidas de un circuito digital a cualquier cambio en sus entradas. La velocidad es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben realizar cálculos numéricos o en circuitos que trabajan con señales de alta frecuencia.

El consumo de potencia

mide la cantidad de corriente o de potencia que consume un circuito digitalen operación. El consumo de potencia es una consideración importante en el diseño de sistemas operados por baterías

La inmunidad al ruido

Mide la sensibilidad de un circuito digital al ruido electromagnético ambiental. La inmunidad al ruido es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben trabajar en ambientes ruidosos com 

automóviles, máquinas, circuitos de control industrial,etc.

La confiabilidad

Mide el período útil de servicio de un circuito digital, es decir, cuánto tiempo se espera que trabaje sin fallar Niveles de voltaje y estados lógicos En todos los circuitos digitales prácticos los estados

lógicos 1 y 0 se implementan con niveles de voltaje.

Ventajas 

Reducción de coste

Aumento considerable de la fiabilidad

Las modernas técnicas de fabricación

El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.

Eliminación de los posibles errores en el montaje e interconexión de componentes.

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.

Reducción de stocks para las reparaciones y montajes.

Desventajas

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 componentes suelen quedar en el exterior del circuito integrado, aunque con las mejoras en los procesos de fabricación constantemente se están superando estas limitaciones.

Dadas sus dimensiones, la potencia máxima que pueden disipar los circuitos integrados es reducida.

Luis Eloy Marquez Cordero 3 B 

[Hugo Llaja Pisco]

ventajas y características de las escalas de integración de los circuitos lógicos SSI, MSI, LSI y VLSI

Los componentes fabricados por separado, como resistencia, condensador, diodo, transistor y se unen por medio de cables o mediante tarjeta de circuito impreso (PCB) para formar circuitos. Estos circuitos se llaman circuitos discretos y tienen siguientes desventajas:

En un circuito electrónico grande, puede ser muy gran número de componentes y como resultado el conjunto discreto ocupará un espacio muy grande.

Se forman por soldadura que causa un problema de fiabilidad.

Para superar estos problemas de conservación y fiabilidad espacio, se desarrollaron los circuitos integrados.

Circuito Integrado (IC).

Un IC comprende un número de componentes del circuito como resistencias, etc. transistor están interconectados en un solo paquete pequeño para realizar la función deseada electrónica. Estos componentes se forman y se conectan dentro de un pequeño chip de material semiconductor. En IC se observan las siguientes características.

En IC, los diversos componentes son parte integral de un pequeño chip de semiconductores y los componentes individuales no se pueden quitar para la reparación y el reemplazo como en circuitos discretos.

Combina los dos elementos activos como diodos y transistores con componentes pasivos como resistencias y condensadores en una estructura monolítica, por lo que la unidad completa en un circuito monolítico. Su tamaño es muy pequeño. Para ver las conexiones entre sus diversos componentes, se necesita un microscopio.

Todos los componentes se forman dentro del chip y no hay componentes se ve proyectan por encima de la superficie del chip.

Escala de Integración

El número de componentes montados en un tamaño estándar IC representa su escala de integración, en otras palabras, es una densidad de componentes. Se clasifica de la siguiente manera:

SSI - Integración Pequeña Escala

Se tienen menos de 100 componentes (alrededor de 10 puertas).

MSI - Integración mediana escala

Contiene menos de 500 componentes o tener más de 10 pero menos de 100 puertas.

LSI - Integración a Gran Escala

Aquí número de componentes es entre 500 y 300.000 o tener más de 100 puertas.

VLSI - integración a muy gran escala

Contiene más de 300.000 componentes por chip

VVLSI - Integración Muy Muy Gran Escala

Contiene más de 1500000 componentes por chip.

Comparación de la IC y circuitos discretos

Los circuitos integrados y circuitos discretos se pueden comparar como sigue:

Circuitos integrados (IC)

I.C puede funcionar con voltajes bajos.

Pueden manejar cantidad limitada de energía.

Ellos son muy pequeñas en tamaño

Son baratos

Circuitos complejos en un chip puede usarse para obtener mejores características de rendimiento.

circuitos discretos

Circuitos discretos requieren comparativamente más tensión.

Circuitos discretos pueden manejar mucho más poder que la CI.

Circuito con componentes discretos adquiere gran espacio.

Circuitos discretos son costosos que los de IC.

El rendimiento no es bueno.

La capacidad de integración depende fundamentalmente de dos factores :

• El ÁREA ocupada por cada puerta, que depende a su vez del tipo y del número de transistores utilizados para realizarla. Cuanto menor sea esta área mayor será la capacidad de integración a gran escala.
• El CONSUMO de potencia. En un circuito integrado se realizan muchas puertas en un espacio reducido. El consumo total del chip es igual al consumo de cada puerta por el número de puertas. Si el consumo de cada puerta es elevado se generará mucho calor en el chip debido al efecto Joule, de forma que si este calor no es disipado convenientemente se producirá un aumento de temperatura que puede provocar un funcionamiento anómalo de los circuitos

[Luis Enrrique Llaja Pisco]

 ESCALAS DE INTEGRACIóN DE LOS CIRCUITOS LóGICOS SSI, MSI, LSI Y VLSI

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas
• MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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

[JOHN CASTRO ALLAIN]

CARACTERíSTICAS:

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

 TENSIóN DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

TEMPERATURA MáXIMA DE TRABAJO:

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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.

 MARGEN DE RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes 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.).

DISIPACIóN DE POTENCIA:

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

A continuación se exponen los valores más relevantes de los parámetros de la familia CMOS, alimentada a 5 V, y los de la TTL.

FAMILIA	TTL	C-MOS
Alimentación + (voltios)	+5	+3 a +15

FAN-OUT	10	50
Inmunidad al ruido (v)	0,4	1
Máx. Frecuencia (MHz)	35	10

Ventajas: 

• 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:

• El esmerado estudio que exige el proyecto de un circuitos integrados.
• Las modernas técnicas de fabricación.
• La reducción de longitud en las interconexiones.
• La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual

• El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.

• 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.

• Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad
• 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.
• Esta característica lleva aparejada una formación más completa y teórica de técnicos electrónicos, así corno el uso de instrumental más complejo.

• Reducción de stocks para las reparaciones y montajes.

• Eliminación de los posibles errores en el montaje e interconexión de componentes.

• 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:

• 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 componentes suelen quedar en el exterior del circuito integrado, aunque con las mejoras en los procesos de fabricación constantemente se están superando estas limitaciones.
• Dadas sus dimensiones, la potencia máxima que pueden disipar los circuitos integrados es reducida.

[leone...@gmail.com]

Ventajas de los circuitos integrados

 

Los circuitos de conmutación y temporización, o circuitos lógicos, forman la base de cualquier dispositivo en el que se tengan que seleccionar o combinar señales de manera controlada. Entre los campos de aplicación de estos tipos de circuitos pueden mencionarse la conmutación telefónica, las transmisiones por satélite y el funcionamiento de las computadoras digitales.

 

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado.

 

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

 

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip se dice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración. 

 

SSI (Small Scale Integration -integración en pequeña escala)

Eran chips que consistian en un número bajo de compuertas, 10 a 13 aproximadamente.

Ejemplos: compuertas y slip-flops.

Los CI SSI se fabrican principalmente empleando tecnologías TTL, CMOS y ECL. Los primeros circuitos integrados eran SSI. Cumplían funciones muy básicas, como puertas lógicas y abarcan desde unos pocos transistores hasta una centena de ellos.

 

MSI (Médium Scale Integration - integración en mediana escala) 

Comprende los chips que contiene de 13 a 100 compuertas.

Ejemplos; codificadores, registros, contadores, multiplexores, decodificadores,demultiplexores.

Los CI MSI se fabrican empleando tecnologías TTL, CMOS y ECL. Una ventaja de ellos es que permitieron fabricar sistemas electrónicos más complejos utilizando placas impresas más pequeñas, menos trabajo al ensamblarlos (ya que contenían menos chips) y otras ventajas.

 

LSI (Singnifica Large Scale Integration - integración en alta escala) 

Comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (ALU´s), microprocesadores de 8 y 16 bits. 

Los CI LSI se fabrican principalmente empleando tecnologías 12L, NMOS y PMOS.

 

VLSI ( Very Large Scale Integration - integración de muy alta escala) 

 

Comprende los chips que contienen más de 1000 compuertas. Ejemplos: 

[Gutierrez Gutarra Georges]

¿Explicar sobre las ventajas y características de las escalas de integración de los circuitos lógicos SSI, MSI, LSI y VLSI?

Ventajas y características:

De acuerdo a su complejidad, los circuitos Integrados digitales se clasifican en 4 categorías básicas llamadas SSI, MSI, LSI, y VLSI. Esta clasificación se fundamenta en la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip. Como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos Digitales.

La integración temprana de pequeña escala ( SSI) circuitos integrados contenían unos pocos (1 a 10 ) puertas de lógica - puertas NAND , NOR puertas, y así sucesivamente - que asciende a unas pocas decenas de transistores .

·         SSI - Integración Pequeña Escala  -Se tienen menos de 100 componentes (alrededor de 10 puertas).

 La era de la integración de mediana escala ( MSI ) aumentó el rango de la lógica integrada a disposición de mostradores y similares , a mayor escala , las funciones lógicas .

·         MSI - Integración mediana escala -Contiene menos de 500 componentes o tener más de 10 pero menos de 100 puertas.

La era de la integración a gran escala (LSI ) lleno de funciones lógicas , incluso más grandes, como los primeros microprocesadores , en un solo chip .

·         LSI - Integración a Gran Escala -Aquí número de componentes es entre 500 y 300.000 o tener más de 100 puertas.

La era de la integración a muy gran escala ( VLSI ) ahora ofrece microprocesadores de 64 bits , completo con la memoria caché y de punto flotante unidades pocillos aritméticas más de un millón de transistores en una sola pieza de silicio .

·         VLSI - integración a muy gran escala-Contiene más de 300.000 componentes por chip

 

 Como la tecnología de proceso CMOS de mejora , transistores continúan haciéndose más pequeños y circuitos integrados tienen más y más transistores . Algunas personas (especialmente en Japón ) utilizan la integración escala ultralarge plazo ( ULSI ) , pero la mayoría de las personas se detienen en el término VLSI ; de lo contrario tenemos que empezar a inventar nuevas palabras .

   

 Tensión de alimentación y tolerancia

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

El consumo de potencia

Mide la cantidad de corriente o de potencia que consume un circuito digitalen operación. El consumo de potencia es una consideración importante en el diseño de sistemas operados por baterías

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.

La inmunidad al ruido

Mide la sensibilidad de un circuito digital al ruido electromagnético ambiental. La inmunidad al ruido es una consideración importante en el diseño de sistemas que deben trabajar en ambientes ruidosos como automóviles, máquinas, circuitos de control industrial,etc.


Alumno: Gutierrez Gutarra Georges  3ero "B"

[jorge gamarra ramirez]

[Aguilar Sarasi, Hair]

1.    1.  VENTAJAS DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS

1.1 Reducción de costos: 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.

1.2 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:

·           El esmerado estudio que exige el proyecto de unos circuitos integrados.

·           Las modernas técnicas de fabricación.

·           La reducción de longitud en las interconexiones.

·           La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual.

·           El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.

·           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.

2.  CARACTERÍSTICAS  GENERALES 

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

2.1 TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni 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 de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

2.3 FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15, lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

2.4 NIVELES DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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 RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes 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 algebraicamente 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 señal eléctrica, esta puede llegar a ser enmascarada con el con-siguiente mal funcionamiento del circuito, como veremos a continuación:

Supongamos que a la salida de la puerta A, hay un "0" lógico, esto significa que la tensión en ese punto puede ser cualquier valor comprendido entre 0 y +1 Voltio, como a 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 puerta A generase una cantidad de ruido mayor a 0,5 Voltios, o la entrada a la puerta B lo captase, significaría esto que la entrada de la puerta B se encontraría con una tensión mayor de +1,5 Voltios que es la VILmax que nos garantiza el buen funcionamiento del circuito; luego podemos decir que el margen de ruido permitido (en las peores condiciones) es de 0,5 V. O lo que es lo mismo, la inmunidad al ruido para niveles bajos es de 0,5 V.

Como el ruido puede hacer que la señal eléctrica aumente o disminuya su valor como indica la figura anterior para un nivel alto de salida en la puerta A de +3 V está dentro del margen de entrada aceptado por la puerta B no estaría garantizado, por lo que igualmente la inmunidad al ruido a nivel alto sería también 0,5 V.

Resumiendo podemos decir que los márgenes entre VOLmax, VILmax por un lado y VOHmin, VIHmin por otro han de ser lo más grande posible posible al objeto de que un circuito sea lo más inmune posible al ruido y tenga las máximas garantías de funcionamiento.

2.6 TIEMPO DE PROPAGACIÓN MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

2.7 DISIPACIÓN DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es un parámetro importante (que depende del consumo de cada uno de los elementos que lo constituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya que ello supone minimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y líneas de distribución.

[Jhonny Cristian Gonzales Andia .............. 3 B]

CIRCUITOS DIGITALES

De acuerdo a su complejidad, los circuitos integrados digitales se clasifican en 4 categorías básicas llamadas SSI, MSI, LSI, y VLSI. Esta clasificación se fundamenta en la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip. Como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos Digitales.

SSI

Significa Small Scale Integration (integración en pequeña escala) y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. Ejemplos: compuertas y slip-flops.

MSI

Significa Médium Scale Integration (integración en mediana escala) y comprende los chips que contiene de 13 a 100 compuertas. Ejemplos; codificadores, registros, contadores, multiplexores, decodificadores, demultiplexores.

LSI

Singnifica Large Scale Integration (integración en alta escala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. Ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (ALU´s), microprocesadores de 8 y 16 bits.

VLSI

Significa Very Large Scale Integration (integración de muy alta escala) y comprende los chips que contienen más de 1000 compuertas, Ejemplos: microprocesadores de 32 bits, microcontroladores, sistemas de adquisición 

CARACTERíSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

2.1 TENSIóN DE ALIMENTACIóN Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v, requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada. Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3 y 18 v), y no requieren ni 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 de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en ambos casos con indicativo 74).

Existen, además, series denominadas "militares" para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura, lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un mecanismo de refrigeración adecuado.

Otra indicación de temperatura que proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

2.3 FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden conectar 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 tiene un fan-out de 50.

2.4 NIVELES DE TENSIóN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta, existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico.

A la salida sucede igualmente, es decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado 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 RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las fuentes de ruido más importantes 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 señal eléctrica, esta puede llegar a ser enmascarada con el con-siguiente mal funcionamiento del circuito, como veremos a continuación:

Supongamos que a la salida de la puerta A, hay un "0" lógico, esto significa que la tensión en ese punto puede ser cualquier valor comprendido entre 0 y +1 Voltio, como a 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 puerta A generase una cantidad de ruido mayor a 0,5 Voltios, o la entrada a la puerta B lo captase, significaría esto que la entrada de la puerta B se encontraría con una tensión mayor de +1,5 Voltios que es la VILmax que nos garantiza el buen funcionamiento del circuito; luego podemos decir que el margen de ruido permitido (en las peores condiciones) es de 0,5 V. O lo que es lo mismo, la inmunidad al ruido para niveles bajos es de 0,5 V.

Como el ruido puede hacer que la señal eléctrica aumente o disminuya su valor como indica la figura anterior para un nivel alto de salida en la puerta A de +3 V está dentro del margen de entrada aceptado por la puerta B no estaría garantizado, por lo que igualmente la inmunidad al ruido a nivel alto sería también 0,5 V.

Resumiendo podemos decir que los márgenes entre VOLmax, VILmax por un lado y VOHmin, VIHmin por otro han de ser lo más grande posible posible al objeto de que un circuito sea lo más inmune posible al ruido y tenga las máximas garantías de funcionamiento.

2.6 TIEMPO DE PROPAGACIóN MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada 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 punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

2.7 DISIPACIóN DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la potencia disipada 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 de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo. De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación de potencia sea lo menor posible.

Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es un parámetro importante (que depende del consumo de cada uno de los elementos que lo constituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya que ello supone minimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y líneas de distribución.

En algunas tecnologías apenas existe consumo de energía cuando los niveles de tensiones no varían, pero sí que existe cuando se producen transiciones de nivel alto a bajo o viceversa. En estos casos es común distinguir entre disipación de potencia en condiciones estáticas (sin transiciones entre niveles) y en condiciones dinámicas (con transición de niveles). En este último caso la disipación de potencia depende fuertemente de la rapidez de las transiciones de niveles, es decir, de la frecuencia de las señales involucradas.

Usos 

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.

• El esmerado estudio que exige el proyecto de unos circuitos integrados.
• Las modernas técnicas de fabricación.
• La reducción de longitud en las interconexiones.
• La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual

• El encapsulado total de los componentes, que aumenta su protección.
• 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.

• Reducción importante de las capacidades parásitas que existen entre los componentes, a causa de su proximidad

[yordan quiroz fuentes]

ESCALAS DE INTEGRACIÓN DE LOS CIRCUITOS LÓGICOS SSI, MSI Y LSI                                                                                                                                                                   El esfuerzo de la industria electrónica en la miniaturización de sus equipos se ha visto compensado ampliamente con el descubrimiento de los circuitos integrados, en los que se ha conseguido construir miles de componentes dentro de la misma cápsula, cuyas dimensiones son similares a las de un simple -transistor. Pero la enorme reducción de volumen no ha sido la única ventaja por la que los circuitos integrados se han hecho indispensables 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:

§  El esmerado estudio que exige el proyecto de unos circuitos integrados.

§  Las modernas técnicas de fabricación.

§  La reducción de longitud en las interconexiones.

§  La menor influencia de la temperatura sobre los diversos componentes, por estar todos contenidos en una mínima superficie y afectarles por igual

§  ESCALAS DE Integración DE LOS CIRCUITOS Lógicos SSI, MSI, LSI Y VLSI                                                                                                                                                                                     

§  La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente 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 aparición del circuito integrado.                                                                                                                                                                          

§  Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip 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 Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

§  MSI (Médium Scale Integration): 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 (Large Scale Integration): 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 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: (Very Large Scale Integration) 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 portátiles.