Universidad Iberoamericana
Electrónica Digital
Series de la Familia TTL
Víctor Manuel Iniestra Álvarez
22 junio 1995
Series TTL
Los CI de la serie 74 estándar ofrecen una combinación de velocidad y disipación de potencia adecuada a muchas aplicaciones. Los CI que se ofrecen en esta serie incluyen una amplia veriedad de compuertas, flip-flops y multivibradores monoestables en la línea de integración de pequeña escala (SSI); y registros de corrimiento, contadores, decodificadores, memorias y circuitos aritméticos en la línea de integración de mediana escala (MSI). Se han creado otras series TTL desde la introducción de la serie 74 estándar. Estas otras series ofrecen una vasta alternativa de características de velocidad y potencia, se enumeran a continuación.
Serie 74L, TTL de bajo consumo de potencia.
Los circuitos TTL de baja potencia designados como la serie 74L tienen en esencia el mismo circuito básico que la serie 74 esándar, excepto que todos los valores de las resistencias se incrementan, Las resistencias mayores reducen los requerimientos de potencia, pero a expensas de retardos más largos en la propagación. Una compuerta NAND común de esta serie tiene una disipación de potencia promedio de 1mW y un retardo promedio en la propagación de 33 ns.
La serie 74L es ideal en aplicaciones en que la disipación de la potencia es más crítica que la velocidad. Los circuitos de baja frecuencia operados con baterias, como las calculadoras, se adaptan bien a esta serie TTL. Esta serie tiene la disipación de potencia más baja de todas las series TTL. En su mayor parte, la serie 74L se ha vuelto obsoleta como consecuencia del desarrollo de las series 74LS, 74ALS y CMOS, donde cada una ofrece menor disipación de potencia y mayor velocidad de operación que los dispositivos 74L. Por esta razón no se recomienda el uso de la serie 74L para el diseño de nuevos circuitos.
Serie 74H, TTL de alta velocidad.
La serie 74H es una serie TTL de gran velocidad. La circuitería básica de esta serie es esencialmente la misma que en la serie estándar 74, con la excepción de que se emplean valores menores de resistencias y se reemplaza el transistor seguidor de emisor Q, por un par Darlington. Estas diferencias dan como resultado una velocidad de conmutación mucho mayor, con un retardo de propagación promedio de 6 ns. Sin embargo, este aumento en la velocidad se alcanza a costa de una mayor disipación de potencia. La compuerta básica NAND de esta serie tiene una Po promedio de 23 mW. Esta serie, 74H, se ha vuelto obsoleta como consecuencia del desarrollo de la serie TTL Schottky
por lo que no se recomienda en los diseños nuevos.
Serie 74S, TTL Schottky.
Las series 74, 74H y 74L funcionan mediante la conmutación hacia niveles de saturación, donde los transistores que conducen lo hacen en la condición de saturación. Esta forma de funcionamiento da origen a un retardo en el tiempo por almacenamiento, ts, cuando el transistor conmuta de ENCENDIDO hacia APAGADO, lo que limita la velocidad de conmutación del circuito.
La serie 74S disminuye este retardo de tiempo por almacenamiento al no permitir que el transistor entre demasiado en saturación. Lo anterior se logra conectando entre la base y el colector del transistor un diodo de barrera Schottky (SBD). El SBD tiene un voltaje de polarización en directo de sólo 0.25V. De este modo, cuando la unión C-B se polarizaen directo al comienzo de la saturación, el SBD conduce y aleja de la base parte de la corriente de entrada. Esto disminuye el exceso en la corriente de base y reduce el retardo de tiempo por almacenamiento durante el apagado.
La compuerta NAND 74S tiene un retardo de propagación promedio de 3 ns, que es dos veces más rápido que el 74H00. Los circuitos de la serie 74S también emplean resistores de bajo valor que ayudan a mejorar los tiempos de conmutación. Lo anterior aumenta la disipación de potencia alrededor de 20 mW, cifra similar a la de la serie 74H. Los circuitos 74S también utilizan un par Darlington que permite obtener un tiempo de subida en la salida más rápido cuando se conmuta de ENCENDIDO a APAGADO.
Serie 74LS, TTL Schottky de bajo consumo de potencia.
Esta serie es una versión de la 74S con un menor consumo de potencia y velocidad. Utiliza el transistor de Schottky, pero con valores más grandes de resistencias que la serie 74S. Los valores mayores de resistencias reducen el requerimiento de potencia del circuito, pero a expensas de un aumento en los tiempos de conmutación.
Una compuerta NAND de la serie 74LS comúnmente tendrá un retardo de propagación de 9.5 ns y una disipación de potencia promedio de 2 mW. Ya que tiene casi la misma velocidad de conmutación que la serie TTL estándar con un requerimiento mucho menor de potencia, la serie 74LS ha sustituido gradualmente a la serie 74 en aquellas aplicaciones donde se requiere de una operación relativamente a alta velocidad con un mínimo consumo de potencia. Esta característica la ha vuelto el "soporte principal" de la familia TTL, y ésta puede encontrarse en casi todos los nuevos diseños que no requieran de máxima velocidad.
Las recientes innovaciones en el diseño de circuitos integrados han llevado al desarrollo de dos nuevas series TTL: la serie avanzada Schottky (74AS) y la serie avanzada Schottky de bajo consumo de potencia (74ALS).
Serie 74AS, TTL Schottky avanzada.
La serie 74AS proporciona una mejora considerable en velocidad sobre las series 74S con un requerimiento de consumo de potencia mucho menor. Esta serie incluye bajos requerimientos de corrientes de entrada (IiL,IiH), lo que significa un factor de carga de la salida mayor que el de la serie 74S.
Como consecuencia de estas ventajas, la serie 74AS está remplazando a la 74S en todas las aplicaciones donde se necesitan velocidades grandes de conmutación.
Serie 74ALS, TTL Schottky de bajo consumo de potencia.
Estas serie ofrece mejoras sobre la serie 74LS tento en velocidad como en disipación de potencia. La serie 74ALS tiene el menor producto velocidad potencia de todas las series TTL y está muy cerca de ser la que tenga la menor disipación de potencia por compuerta (la 74L tiene 1 mW). Es probable que por esta razón en un futuro la serie 74ALS remplace a la 74LS como la más utilizada de las series TTL.
Características representativas de las series TTL. (NAND)
74 74L 74H 74S 74LS 74AS 74ALS Parámetros de funcionamiento Retardo de propagación (ns) 9 33 6 3 9.5 1.7 4 Disipación de potencia (mW) 10 1 23 20 2 8 1.2 Producto velocidad-potencia (pJ) 90 33 138 60 19 13.6 4.8 Factor de carga de la salida 10 20 10 20 20 40 20 (para la misma serie) Parámetros de voltaje VoH (min) 2.4 2.4 2.4 2.7 2.7 2.5 2.5 VoL (m x) 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.4 ViH (min) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 ViL (m x) 0.8 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 VNH 0.4 0.4 0.4 0.7 0.7 0.5 0.5 VNL 0.4 0.3 0.4 0.3 0.3 0.3 0.4
El producto velocidad-potencia nos muestra el desempeño del circuito, menor valor representa mejor desempeño.
Bibliografía
Sistemas Digitales
Tocci, Ronald
Prentice Hall