Fundamentos de Lógica Digital: Características y Comparativa TTL vs. CMOS

Tecnologías de Circuitos Integrados: TTL y CMOS

Tecnología TTL (Transistor-Transistor Logic)

Ventajas de la Tecnología TTL

• Buena velocidad de conmutación.
• Alto FAN-OUT.
• Alta inmunidad al ruido.
• Gran flexibilidad.

Ventajas del Transistor Multiemisor en TTL

• Reducción del área de integración.
• Aumento de la velocidad de conmutación, al reducirse las capacidades parásitas.

Tecnología CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)

La tecnología CMOS se basa en la combinación de transistores de efecto de campo de tipo P (PMOS) y de tipo N (NMOS).

• PMOS: Transistores de material semiconductor P. Son fáciles de fabricar.
• NMOS: Transistores de canal N. Son generalmente más rápidos y más pequeños que los PMOS.

La estructura básica de un circuito CMOS es la suma de ambos tipos de transistores: PMOS + NMOS = CMOS.

Características de los Transistores PMOS

En los PMOS, las tensiones de alimentación suelen ser negativas. Se utiliza lógica negada, por lo que se le asigna un 1 lógico a las tensiones negativas y un 0 a masa (tierra).

Características de los Transistores NMOS

Los NMOS son similares a los PMOS, pero se diferencian en la polaridad de las alimentaciones. Debido a su mayor velocidad y menor tamaño, se utilizan ampliamente en sistemas LSI (Large-Scale Integration) para la fabricación de microprocesadores.

Consideraciones de Entrada TTL vs. CMOS

En las puertas TTL, si una entrada se deja sin polarizar (flotante), actúa como una entrada con nivel lógico alto. En contraste, las entradas CMOS deben unirse directamente a la alimentación (Vdd) o a masa (GND), según se desee que se comporten con nivel alto o bajo, respectivamente, para evitar estados indeterminados y consumo excesivo.

Características Generales de las Familias Lógicas

FAN-OUT

Máximo número de puertas lógicas que pueden ser gobernadas por una sola puerta de salida.

FAN-IN

Máximo número de entradas que puede tener una puerta lógica.

Tensión Umbral (V_T)

Tensión a la que una puerta lógica comienza a cambiar de estado lógico.

Margen de Ruido (Noise Margin)

La variación máxima de la tensión a la entrada del elemento lógico sin que la salida cambie de estado.

Curva de Inmunidad al Ruido

La cantidad de ruido que puede superponerse a una señal lógica sin que el elemento al que está aplicada cambie de estado. Cualquier ruido que sobrepase la cantidad especificada causará un cambio en la salida del elemento lógico.

Tiempo de Propagación Medio (t_pd)

Media aritmética entre los tiempos de propagación del cambio de estado de la entrada a la salida, considerando los casos en que esta cambia de 0 a 1 (t_pLH) y viceversa (t_pHL).

Potencia Disipada (P_D)

Es la potencia disipada por una puerta lógica, generalmente medida bajo un ciclo de trabajo del 50%.

Clasificación de Sistemas Lógicos

Los sistemas lógicos se dividen en dos grandes categorías:

• Sistemas Lógicos Combinacionales: Se caracterizan por generar unas salidas que son función exclusiva del estado actual de las entradas.
• Sistemas Lógicos Secuenciales: Se caracterizan por generar unas salidas que son función, además del estado actual de las entradas, de los estados previos por los que ha pasado el sistema (memoria).