Universidad Iberoamericana

Electrónica Digital

Tipos de Salidas en TTL

20 junio 1995

Figura 1

Considere el circuito de la figura 1(a). Las compuertas NAND 4 y 5 proveen la función AND, que opera con AND las salidas de las compuertas NAND 1,2 y 3, de manera que la salida final X tenga la expresión

El circuito de la figura 1(b) muestra la misma operación lógica que se obtuvo simplemente interconectando las salidas de las compuertas NAND 1,2 y 3. En otras palabras la operación AND se efectúa interconectando las salidas. Esto se puede razonar de la siguiente manera: con todas las salidas interconectadas, cuando alguna de las salidas de la compuerta pase al estado BAJO, el punto de salida común debe pasar a BAJO como resultado de la acción de "corto a tierra" del transistor Q4 en esa compuerta (tipo TTL). El punto de salida común será ALTO sólo cuando todas las salidas de la compuerta estén en estado ALTO. Evidentemente, se trata de una operación AND.

La configuración de la figura 1(b) tiene una ventaja sobre la configuración convencional de la figura 1(a). Necesita menos compuertas para producir la salida deseada. Esta configuración se conoce como operación AND alambrada debido a que produce la operación AND interconectando las salidas. Algunas veces se llama engañosamente operación OR alambrada.

Las salidas tipo tótem no pueden operarse como AND alambrada. Primero veremos como son las salidas tipo TOTEM:

En el circuito básico TTL (un NAND), la salida es tipo tótem por la configuración en la que se encuentran los dos transistores Q3 y Q4 "uno sobre otro":

Figura 2

a) Cuando una salida TTL se encuentra en el estado BAJO, Q4 actúa como un disipador de corriente, misma que obtiene de la carga;

b) En el estado ALTO de la salida, Q3 actúa como una fuente de corriente que la proporciona a la compuerta de carga.

Se debe hacer mención de varios puntos referentes a la configuración tipo tótem del circuito de salida TTL, ya que no es evidente por qué se utiliza. La misma lógica podría llevarse a la práctica eliminando Q3, D1 y conectando la base de R4 al colector de Q4. Pero esto significaría que Q4 conduciría una corriente un tanto elevada en su estado de saturación (5 V / 130 ohms = 40 mA). Con Q3 en el circuito, no habrá corriente a través de R4 en el estado BAJO de salida. Esto es importante debido a que conserva baja la disipación de la potencia del circuito.

Otra ventaja de esta configuraci¢n ocurre en el estado ALTO de entrada. Aqui Q3 actúa como un emisor-seguidor con su impedancia de salida baja (comúnmente de 10 ohms). Esta baja impedancia de salida proporciona una constante de tiempo corta para cargar cualquier carga capacitiva en la salida. Esta acción (com;unmente denominada cambio a nivel alto (pull-up)) proporciona formas de onda con un tiempo de elevación muy rápido en las salidas TTL.

Una desventaja de la configuración tipo tótem ocurre durante la transición de BAJO a ALTO. Desafortunadamente Q4 se desactiva más lentamente de lo que Q3 se activa, de manera que hay un periodo de unos cuantos nanosegundos durante el cual ambos transistores conducen y se consumirá una corriente relativamente alta (de 30 a 40 mA) de la fuente de 5V.

Retomando las AND alambradas; a fin de obtener ventaja de la configuración AND alambrada las salidas de dos o más compuertas deben interconectarse sin efectos perjudiciales. Desafortunadamente, los circuitos de salida tipo tótem de los circuitos TTL convencionales prohiben la interconexión de sus salidas.

Figura 3

Esto se ilustra en la figura 3 donde las salidas tipo tótem de dos compuertas por separado se conectan en el punto X. Supóngase que la salida de la compuerta A se encuentra en el estado ALTO (Q3A encendido, Q4A apagado) y la salida de la compuerta B se encuentra en el estado BAJO (Q3B apagado, Q4B encendido). En esta situación Q4B es una resistencia de carga muy baja en Q3A y obtendrá una corriente que puede ser hasta de 55 mA. Esta corriente puede dañar fácilmente a Q3A o Q4B. La situación es aún peor cuando se interconectan más de dos salidas TTL.

Para permitir la operación AND alambrada, algunos circuitos TTL están diseñados con salidas de COLECTOR ABIERTO. Como se muestra en la figura 4(a), el circuito del tipo de colector abierto elimina Q3, D1 y R4. La salida se toma en el colector de Q4, que está desconectado. En el estado BAJO de salida, Q4 está encendido (tiene corriente de base) y en el estado ALTO está apagado (es en esencia un circuito abierto). Para lograr una operación adecuada debe conectarse un resistor activo en nivel alto externo Rp, como se muestra en la figura 4(b), de manera que aparecerá un voltaje de nivel ALTO. Sin Rp, no habrá voltaje de salida cuando Q4 esté apagado.

Figura 4

Con salidas de colector abierto, la operaci¢n AND alambrada puede efectuarse con seguridad. La figura 5 muestra tres compuertas NAND de colector abierto de dos entradas (7401) que se opera como AND alambrada.

Figura 5

El valor de Rp debe ser elegido de manera que cuando una salida de la compuerta pase a BAJO en tanto que las otras son ALTAS, la corriente obtenida a través de la salida BAJO no exceda su límite Iol (que por lo general es de 16 mA). Un valor de Rp=1Kohm producirá una disipación de corriente de 5 mA a través del transistor de salida de la compuerta en BAJO.

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Esta configuraci¢n es mucho más lenta que las salidas TTL tipo tótem. Por esta raz¢n, los circuitos de colector abierto no se deben utilizar en aplicaciones donde la velocidad de conmutación sea de primordial consideración.

Este es un tercer tipo de configuración de salida TTL. Utiliza la operación de alta velocidad de la configuración tipo tótem por lo que permite que las salidas sean AND alambradas (interconectadas). A ésta se le denomina TTL de tres estados estados porque permite que haya tres posibles estados de salida: ALTA, BAJA y de alta impedancia (ALTA-Z). El estado ALTA-Z es una condición en la que ambos transistores de la configuración tipo tótem se apagan de manera que la terminal de salida sea una impedancia alta conectada a tierra y a Vcc. En otras palabras, la salida es una terminal abierta o flotante que no es ni BAJA ni ALTA. En la práctica, la terminal de salida no es un circuito abierto exacto, pero tiene una resistencia de varios megaohms o más relativamente a tierra y a Vcc.

Figura 6

La operación de tres estados se obtiene modificando el circuito básico tipo tótem. La figura 6(a) muestra el circuito para un INVERSOR de tres estados, donde la porción encerrada por las líneas punteadas se ha agregado al circuito básico. El circuito tiene dos entradas: A es la entrada lógica normal, E en una entrada HABILITA que puede producir el estado ALTA-Z. Examinaremos la operación de ambos estados de E.

El estado habilitado. Con E=1 el circuito opera como un INVERSOR normal, debido a que el voltaje ALTO en E no afecta a Q1 o a D2. En esta condición habilitada. la salida es simplemente la inversa de la entrada lógica A.

El estado deshabilitado. Con E=0 el circuito pasa a su estado ALTA-Z, independientemente del estado de la entrada lógica A. La condición BAJA en E polariza directamente la unión base-emisor de Q1 y no aplica la corriente de R1 a través de Q2, de manera que Q2 se apaga, lo cual hace que Q4 se apague también. La condición BAJA en E también polariza directamente al diodo D2 para no aplicar corriente a la base de Q3, de manera que Q3 también se apague.

El símbolo lógico para el INVERSOR de tres estados se muestra en 6(b). Las salidas de los CI de tres estados se pueden interconectar (en paralelo) sin sacrificar la velocidad de conmutación. Esto se debe a que una salida de tres estados, cuando es habilitada, opera como una salida tipo tótem, con su característica asociada de baja impedancia y alta velocidad. Sin embargo, esta configuración tampoco puede ser utilizada como AND alambrada.

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Ronald J. Tocci

Prentice Hall