Curso de electrónica digital básica tercera parte

Compacto o "compact disc" (CD)

Qué es un disco compacto

El disco compacto o CD (figura A) es el sistema de grabación de sonido más popular en la actualidad. La calidad del sonido suministrado por un disco compacto es superior a la de cualquier otro sistema conocido (discos plásticos o LDs, casetes, cintas de carrete abierto, etc).

Los discos compactos se graban por una cara, proporcionan cerca de 74 minutos de audio y se leen ópticamente, sin ningún tipo de contacto mecánico, mediante un sistema de rayo láser. Esto proporciona una extrema precisión, una ausencia total de ruido y una larga vida útil. En la figura B se resume el proceso de lectura de un disco compacto.

La información de música o sonido contenida en un disco compacto se graba digitalmente en forma de variaciones microscópicas de superficie, llamadas pits y flats, utilizando una técnica conocida como PCM o Modulación Codificada de Pulsos.

Una vez realizada la lectura, los pits o depre-: siones son interpretados por la circuitería digital de reproducción como l's y los flats o elevaciones como O's.

Los primeros reproductores de discos compactos fueron introducidos al mercado en 1983 por las compañías Phillips y Sony. En la figura C se muestra el aspecto de un reproductor de discos compactos portátil moderno. Su aspecto es muy parecido al de una grabadora convencional

En la figura D se muestra el flujo de señales en un reproductor de discos compactos típico. La mayor parte del proceso tiene lugar en la sección "filtro digital". Este bloque procesa la señal digital casi inmediatamente después de haber sido recibida del disco.

FAMILIA LÓGICA DE CIRCUITOS INTEGRADOS
Qué es una familia lógica 
Características generales de las familias lógicas .Niveles lógicos de voltaje .Circuitos integrados 1TL .Familia 1TL estándar 
Características  de los circuitos integrados 1TL .Otros circuitos integrados 1TL .Circuitos integrados CMOS .Familia CMOS estándar 
Características  de los circuitos integrados CMOS .Otros circuitos integrados CMOS 
Comparación de las familias lógicas 
.El fenómeno de las descargas electrostáticas .Actividad práctica N" 2

Qué es una familia lógica

Como se dijo anteriormente, una familia lógica es un grupo de dispositivos digitales que comparten una tecnología común de fabricación y tienen estandarizadas sus características de entrada y de salida; es decir, son compatibles entre sí.
.
Como consecuencia de la estandarización, la interconexión entre dispositivos lógicos de una misma familia es particularmente sencilla y directa: no requiere de etapas adicionales de acoplamiento.

En esta sección daremos un vistazo general a las  familias lógicas más comunes. Enfocaremos específicamente nuestra atención en la descripción de las  familias TTL y CMOS, por ser las más populares y utilizadas.

Características 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 (figura 15).

Las características más importantes de un circuito integrado digital son su velocidad, su consumo de potencia, su inmunidad al ruido y su confiabilidad. A continuación se definen estos términos, des- de un punto de vista general.

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 comente 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 como 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 O 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 24.

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

Los voltajes superiores a V3 ó inferiores a VD son generalmente dañinos para los dipositivos digi- tales y deben evitarse. Generalmente, VO couespon- de a un nivel de O voltios. y V3 al valor del voltaje de alimentación (5V, 9V, etc.).
Abanicos de entrada (tan-in) y de salida (tan-out)

La familia 1TL utiliza dos parámetros para determinar cuántos dispositivos lTL se pueden conectar entre sí. Estos parámetros se denominan abanico de entrada (fan in) y abanico de salida (fan out).

El Fan-in mide el efecto de carga que presenta una entrada a una salida. Cada entrada de un circuito TTL estándar se comporta como 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 rnA, es decir de manejar hasta 10 entradas 1TL 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 e 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 1TL, además de la serie lTL estándar 74. Cada una de estas sub- familias posee características propias que las hacen adecuadas para aplicaciones o necesidades muy específicas. Las más conocidas son:

TTL de baja potencia. Comprende los dispositivos designados como 74Lxx y 74Lxxx; por ejemplo: 74LOO, 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: 74HO5, 74H123. Consumen 2.5 veces más potencia que los dispositivos TTL estándares pero son 2 veces más rápidos.

TTL Schottky. 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 Schottky de baja potencia. Comprende los dispositivos designados como 74LSxx y 74LSxxx (74LS83,74LS221, etc). Consumen 5 veces menos potencia que los dispositivos TI'L estándares y son igual de rápidos. Esta es la subfamilia más utilizada entre todas las divisiones de la familia TI'L.

TfL Schottky avanzada de baja potencia. Comprende los dispositivos designados como
74ALSxx y 74ALSxxx; por ejemplo: 74ALSOO, 74ALS73. Consumen la mitad de la potencia reque-
rida por los dispositivos LS equivalentes y son el
doble de rápidos.

TTL Schottky avanzada. Comprende los dispo- sitivos designados como 74ASxx y 74ASxxx; por ejemplo 74ASOO, 74AS73. Proporciona los más cortos tiempos de propagación que el estado actual de la tecnología bipolar puede ofrecer y su consumo es intermedio entre 1TL estándar y LS.
LA FAMILIA LÓGICA CMOS

La familia lógica CMOS es, junto con la TTL, una de las familias lógicas más populares. Utiliza transistores MOSFET complementarios (canal N y canal P) como elementos básicos de conmutación.

CMOS es una abreviación de Complementary
Metal Oxide Semiconductors (semiconductores Complementarios de óxido metálico).

Los circuitos integrados digitales fabricados mediante tecnología CMOS se pueden agrupar en las siguientes categorías o subfarnilias básicas:  

CMOS estándar.
CMOS de alta velocidad (HC)
CMOS compatible con TTL (HCT)
CMOS equivalente a TTL (C)

Familia CMOS estándar

La familia CMOS estándar comprende principal- mente los dispositivos que se designan como 40XX (4012, 4029, etc.) y 45XX (4528, 4553, etc.). Existen dos .series generales de dispositivos CMOS designadas "A" y "B".

Los dispositivos de la serie" A" se designan con el sufijo A (por ejemplo, 4011A) o simplemente no 10 traen (4011 = 4011A). Todos los dispositivos de la serie "B" llevan el sufijo B (por ejemplo 4O29B).

La principal diferencia entre los dispositivos de las series A y B está en que los CMOS "B" contienen una circuitería interna de protección que reduce el riesgo de daño del dispositivo por el fenómeno de descarga electrostática.

De otro lado, los dispositivos CMOS "B" tienen frecuencias de operación más altas, tiempos de propagación más cortos y mayor capacidad de salida (fan-out) que los dispositivos de la serie" A ". En es- te curso se trabaja con dispositivos de ambas series (40XX, 40XXB, 45XX Y 45XXB) pero preferible- mente con los de la serie "B". .
Características de los circuitos integrados CMOS

Las características más sobresalientes de las familias CMOS estándares 40 y 45 son, a grandes rasgos, las siguientes:
Baja disipación de potencia. Es la ventaja más sobresaliente. En estado de reposo, una compuerta CM OS típica consume alrededor de 10 nanovatios. Este bajo consumo de potencia simplifica el diseño y el costo de la fuente de alimentación.

Por esta razón. los circuitos integrados CMOS se utilizan extensamente en equipos operados por pilas o baterías.

Buena velocidad de operación. Los circuitos integrados CMOS son típicamente más lentos que los TTL pero suficientemente rápidos para la mayo- ría de las aplicaciones. Pueden operar a frecuencias hasta de 10MHz y tienen tiempos de propagación del orden de 10 a 50 nanosegundos por compuerta.
Amplios márgenes de tensión de alimentación. Los dispositivos de la serie 4OXXA pueden operar con tensiones entre +3 y + 15 voltios y los de las serie 40XXB con tensiones entre +3 y + 18 voltios. La tensión de alimentación se designa como VDD. Algunos valores típicos para VDD son +5V y +10V.
Este amplio rango de alimentación permite  utilizar fuentes de voltajes no reguladas.

Cuando se emplean circuitos TTL y CMOS en el mismo sistema, se utiliza generalmente una tensión de alimentación de + 5V .

Cuando hay circuitos TTL y CMOS trabajando a tensiones diferentes deben hacerse compatibles los niveles lógicos de ambas familias mediante circuitos apropiados de interface. El tema de las interfaces se trata en la lección 8.

Niveles de voltajes  de O a 0.3 VDD, para el estado bajo y de 0.7 VDD a VDD para el estado alto. Por ejemplo, si se utiliza una tensión de alimentación VDD de 10V, los dispositivos CMOS interpretarán un voltaje entre O y 3 voltios como un estado lógico bajo ó O. y un voltaje entre 7 y 10 voltios como un estado lógico alto ó 1.

Alta inmunidad al ruido. Los circuitos CMOS son esencialmente inmunes al ruido electromagnético (EMI) externo generado por aparatos, eléctricos, líneas de trasmisión, descargas atmosféricas, etc.

Esta característica los hace excelentes en aplicaciones industriales y automotrices, donde son comunes los altos niveles de ruido.