T.P N° 5

Escalas de integración

A lo largo del tiempo los fabricantes de componentes electrónicos han logrado aumentar la cantidad de componentes construidos por unidad de superficie de los circuitos integrados. Esto se conoce como un aumento de la escala de integración.

La integración de componentes fueron la reducción del volumen y del peso(específicamente para aplicaciones militares)además de estas ventajas se lograron circuitos mas confiables ,con menor consumo eléctrico y mas fáciles de cambiar además de una baja en su costo.

Desde el punto de vista de la densidad de integración históricamente fue posible colocar cada vez mas transistores por mm2 ,esto dio lugar a que se produjeran circuitos integrados cada vez mas complejos .tradicionalmente se reconocen las siguientes escalas de integración:

SSI (small scale integration)

Con esta escala se producen CI que contienen funciones lógicas elementales como compuertas e inversores con aproximadamente 100 componentes.

Msi(médium scale integration)

Comprende circuitos de aplicación general mas comlejas como multiplexores ,codificadores ,cont , etc contienen entre 100 y 1000 componentes.

LSI (Large scale integration)

Gracias a esta escala de integración se pudieron lograr circuitos electrónicos muy complejos como memorias y microprocesadores. Contienen entre 1000 y 100 000 componentes.

VSLI (Very Large scale integration)

Esta tecnología se desarrollo en los 80 lograndose CI con mas de 10 millones de componentes. Actualmente los microprocesadores que trabajan en la arquitectura de 64 bits y con frecuencia de trabajo de 3 GHZ como el caso del series core I7 posee alrededor de 700 millones de transistores.

Características generales de las compuertas integradas.

las tecnologías mas comunes de los integrados digitales son la TTL y la CMOS son la TTL y la CMOS y en ambas familias se indican en las hojas de datos de los siguientes parámetros:

Tensión de alimentación y su tolerancia. 

Temperatura máxima de trabajo.

Fan out(abanico de salida):indica el número máximo de entradas de compuertas que se puede conectar a una salida de la misma familia.

Niveles de tensión.

VIL= Vmax entrada nivel bajo. 

VIH=Vmin entrada nivel alto. 

VOL=Vmax salida nivel bajo. 

VOH=Vmin salida nivel alto

Margen de ruido

Indica las variaciones máximas que se pueden producir a la entrada sin que la salida varie su estado.

Tiempo de propagación medio:

Es el tiempo que transcurre desde que se produce un cambio lógico a la entrada hasta que lo hace a la salida.

Disipación de potencia:

Normalmente se indica la disipación de potencia por función. También se indican consumo de corriente de alimentación y de entrada y salida para los valores lógicos.

Cada una de las familias lógicas tiene sus ventajas y sus inconvenientes, por ese motivo en cada caso se elejiria la mas adecuada al diseño que se vaya a desarrollar.las características ideales de una familia lógica integrada serian las siguientes:

a) grado de integración

b) alta velocidad de propagación.

c) mínimo consumo.

d) máxima inmunidad al ruido. y a las variaciones de tiempo.

e) compatibilidad con otras familias lógicas.

f) bajo costo de producción.

Familia TTL(transistor transistor logic)

la familia logica TTL surgio como el ultino desarrollo de  crear las funciones logicas mediante semiconsuctores sus antesedentes son la familias: 

DL(logica de diodo).

RTL(logica de resistor transistor)

DTL(logica de diodo transistor)

HTL(logica de alto umbral)

ECL(logica de acoplamiento de emisor)

En esta familia logica las compuertas estan construidas mediante resistencias,diodos y transistores bipolarespor lo que esta familia posee las caracteristicas generales de estos ultimos. Con esta tecnologia se fabican ademas de compuertas otros circuitos de mayor complejidad(MSI).

La familia TTL comprende varias series que han sido desarroladas progresivamente para mejorar algunas de las caracteristicas de las fabricadas anteriormente.

La primera serie es la TTL estandar conocida como serie 74,las caracteristicas de esta serie son las siguientes:

Tension de alimentacion:5v±10%

Temperatura de trabajo:0-70°c

Fan out:10

Niveles de tension:

VIL=0,8V

VIH=2V

VOL=0,4V

VOH=2,4V

valor de ruido en ambos niveles:0,4.

tiempo de propagacion medio:10ns.

disipacion de potencia:10mWpor funcion.

La serie 54 presenta practicamente las mismas caracteristicas y se diferencia fundamentalmente en la temperatura de funcionamiento:-55-125°c.

Con el fin de mejorar los tiempos de conmutacion y/o  la disipacion de potencia atravez de la serie estandar se han desarrolado las siguientes :


54/74L (low power):
Obtiene  menor consumo 1mw por funcion  pero el tiempo de propagacion es de 33ns.


74/54 S (schottky):
esta serie incorpora diodos schottky que mejora el tiempo de propagacion en 3 ns obteniedose una disipacion de potencia de 20 mw aproximadamente.


54/74 LS(low power schottky):
potencia disipada por compuera: 2mw.
tiempo de propagacion: 10ms.


54/74 ALS(advanced low power schottky):
potencia disipada por puerta 1 mw.
tiempo de propagacion :4ns.


54/74 AS(advanced schottky):
esta serie se desarrollo para aplicaciones que requieren bajos tiempos de propagacion llegando a 1,5ns con una disipacion de potencia de 7mw.


Como es logico en los CI que contienen dispositivos mas complejos formados por muchas compuertas las potencias disipadas y los tiempos de propagacion son mayores ya que se van acumulando losde las funciones basicas que las componen.


familia CMOS(Complementary oxide semiconductor):


su nombre se debe a la utilizacion de un componente denomindo transistor MOS(fet).
Los CI cemos se comensaron a desarrolar posteriormente a los de la familia TTL y presentan ventajas y desventajas con respecto a esta ultima.
La principal ventaja es la mayor densidad de integracion debido a la menor disipacion de potencia por funcion.
Su desventaja es el mayor tiempo de propagacion.La tecnologia cmos se debe a que utilizan transistores de canal P y de canal N en forma complementaria es decil utilizan transistores NMOS yPMOS.
La familia cmos basica es la denominada serie 4000 y en ella se incluyen dispositivos de mayor complejidad como contadores ,rwgistros,memorias y microprocesadores es decir que incluyen las escalas de integracion msi,lsi,vlst.


Para la serie estandar:
tension de alimentacion:3-18V
Rango de temperatura:-40° -85°
Fan out :superior a 50.
niveles de tension para una alimentacion de 5V:
VIH=3,5V
VIL=1,5V
VOH=4,95V
VOL=0,05V
Inmunidad al ruido:no le afectan pulsos de hasta un 30% de la tension de alimentacion , los tiempos de propagacion son inversamente proporcional a la tewnsion de alimentacion siendo de 50ns para 5V y 30ns para 10 v la potencia disipada por cada copuerta es del orden de los 10nw.