Abanico de salida

12.1 .- FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA

Todos hemos podido observar las funciones de transferencia de las distintas familias lógicas estudiadas. La principal conclusión que podemos sacar es que las funciones de transferencia más ideales las aportan las familias basadas en la tecnología CMOS: 4000, HE4000, HCMOS y ACL. Son ideales porque definen con mucha claridad, entre otros:

· El estado alto (.5 V) y el estado bajo (O V) (sin carga).

· El umbral de conmutación.

·
Margen de transición (casi nulo), etc.

Por otra parte, están las funciones de transferencia de las familias lógicas con tecnología TTL. No son tan ideales como las de las familias CMOS, pero se ve una progresión y mejora entre ellas mismas.

Empezaremos comparando las funciones de transferencia de las familias TTL-Estándar y TTL-Schottky.

Podemos ver que la principal diferencia está en la conmutación del estado alto al estado bajo. En TTL-Estándar vemos que se efectúa de forma progresiva; nada aconsejable debido a que en esa zona no tenemos un nivel lógico bien definido. Mientras, en TTL-S, esto no ocurre gracias a la incorporación en su circuito interno de la red de encuadre ("squaring network") que no deja conducir a su transistor Q2 hasta que la tensión de la base del mismo no sobrepase aproximadamente los 1.4 V.

Al no existir esta red de encuadre en TTL-Estándar, el transistor Q2 de su puerta básica lo pasa directamente del corte a la saturación; por el contrario, lo hace paulatinamente originando el desnivel carácterístico de la parte superior de su función de transferencia.

El resto de familias lógicas TTL: TTL-LS, TTL-ALS, TTL-AS y FAST aportan una notable diferencia (en cuanto a la función de transferencia) respecto a las familias TTL-Estándar y TTL-S. Esta diferencia consiste en un nivel alto mejor definido en las primeras. En TTL-Estándar y TTL-S el nivel alto está definido en torno a los 4 V, mientras que en las restantes familias lógicas TTL el nivel alto está sobre los 4.5 V.

La causa de que la tensión de salida a nivel alto aumente considerablemente con respecto a TTL-Estándar y TTL-S, está en la incorporación de la resistencia entre base y emisor del transistor de salida Q4 (puerta básica TTL-LS). Esta resistencia impide conducir al transistor Q4 hasta que la intensidad de salida a nivel alto (que circula por ella) es lo suficientemente elevada como para excitar la base del mismo. En condiciones de funcionamiento normal, esto es, excitando a otras puertas, el transistor Q4 no conduce y la tensión de salida de la puerta TTL-LS (y las restantes: TTL-ALS, TTL-AS y FAST) es próxima.

12.2 .- CarácterÍSTICAS DE ENTRADA

Las carácterísticas de entrada en las familias lógicas CMOS no suelen tener importancia debido a la casi nula intensidad de entrada a nivel alto y bajo que requieren. Sólo destacaremos los niveles de tensión de entrada críticos para el estado alto y bajo.

En cuanto a las familias TTL, las carácterísticas de entrada son importantes, más a nivel bajo que a nivel alto. A nivel alto la intensidad que requieren las familias TTL es casi despreciable. Por otra parte, a nivel bajo, se ve la diferencia entre la intensidad que puede dar, por ejemplo, la familia
TTL-S para una I de 0 V y la que ofrece la familia TTL-ALS para esa misma tensión de entrada. La intensidad de entrada de la familia lógica TTL-ALS es tan reducida debido a la incorporación en la entrada de la puerta de un transistor pnp, el cual limita la intensidad de entrada a nivel bajo a la corriente de base de dicho transistor. Esto es un factor positivo a tener en cuenta a la hora de conectar cargas TTL-ALS a la salida de otra puerta cualquiera.

12.3 .- CarácterÍSTICAS DE SALIDA

Las carácterísticas de salida tienen una gran importancia al efectuar un diseño digital. En las familias lógicas CMOS, existe una pronunciada diferencia entre unas y otras respecto a las carácterísticas de salida. Podemos ver que la corriente de salida a nivel alto y bajo de la familia 74ACT para una determinada tensión de salida (VOH 0 VOL) es muy superior a la de la familia 4000B. Esta mayor corriente de salida permite a la puerta 74ACT tener una mayor capacidad para gobernar puertas u otro tipo de cargas.

Por lo que concierne a las familias TTL, para una tensión de salida a nivel alto de 3.5 V, podemos ver que la familia TTL-AS es la que más corriente de salida a nivel alto suministra; o en otras palabras, para que su tensión de salida VOH descienda a 3.5 V, es necesaria una mayor corriente de salida (mayor número de cargas conectadas).  Por otro lado, la familia TTL que menos corriente de salida a nivel alto suministra es la TTL-Estándar;

o dicho de otra forma, es la que con más facilidad desciende su mayor nivel alto de salida a 3.5 V.

A nivel bajo, la familia TTL que más corriente de salida necesita para elevar su plo, a 0.5 V es la TTL-AS, mientras que por el contrario, la que menos corriente de salida necesita para conseguir ese nivel es la TTL-LS, o lo que es lo mismo, la familia TTL-LS es, la que con menos carga conectada a su salida, aumenta más fácilmente su tensión VOL, en este caso a 0.5 V.

12.4 .- FAN - OUT

Es muy interesante establecer una comparación entre familias lógicas con respecto a su máxima cargabilidad. Para que la comparación sea justa, decidimos establecer un valor de fan-out a nivel bajo, en las carácterísticas funcionales de las familias lógicas, para una tensión de salida a nivel bajo de 0.3 V y con respecto a TTL-Estándar.

El valor indicado en cada familia lógica corresponde al máximo número de cargas TTL-Estándar que podemos conectar a la salida de la puerta de la familia lógica en cuestión y que produce en ella una tensión de salida a nivel bajo igual a VOL =: 0.3 V.

Podemos observar que las familias TTL-Estándar y ACL son las que mayor fan-out permiten a su salida debido a la gran capacidad de suministrar corriente que tienen.

Por el mismo motivo, la familia 40OOB es la que tiene un menor fan-out, ya que apenas suministra corriente a nivel bajo.

Esta comparación puede que sea un poco engañosa; por ejemplo, la familia 40OOB figura en último lugar con un fan-out de 0.9; pero si el fan-out lo establecemos para esa misma familia lógica, veríamos que su valor sería enorme.

12.5 .- DISIPACIÓN DE POTENCIA

Un factor muy a tener en cuenta a la hora de decidirnos por una familia lógica u otra es el de la disipación de potencia.
Por razones económicas es preferible que el consumo de potencia sea mínimo.

Esto nos lleva a establecer preferencias. Hemos incluido a la familia lógica ECL 10K precisamente por ser la que más consume. En el otro extremo se sitúan todas las familias lógicas con tecnología CMOS. La diferencia de consumo de las familias CMOS es abismal (un millón de veces menor) comparadas con el resto de familias TTL y ECL.

Lógicamente, un menor retardo de propagación se traduce en una mayor frecuencia máxima de funcionamiento.

Hemos incluido a la familia ECL IOK por ser la que posee el menor retardo de propagación.

La familia más lenta de todas es la 4000B. Dentro de las familias CMOS, la más rápida es la familia ACL.

Mientras tanto, la familia TTL más rápida es la TTL-AS y la más lenta la TTL-Estándar.

Podemos observar cómo las nuevas familias CMOS incluso han superado con claridad a la familia TTL-Estándar, cosa que parecía imposible hace algunos años.