¿Pasar de transistores a compuertas a... circuitos integrados?

Entonces, estoy tratando de entender, supongo, lo que probablemente sea un concepto básico de las computadoras. Estaba echando un vistazo a esta pregunta anterior: From Transistor to Gates

Y el enlace que lo acompaña: http://www.cs.bu.edu/~best/courses/modules/Transistors2Gates/

Entonces déjame aclarar esto, usamos transistores para construir puertas lógicas, ¿correcto? ¿Todos estos son generalmente transistores de unión bipolar? También veo que también metemos múltiples puertas en un IC así: http://www.kpsec.freeuk.com/components/74series.htm (Por cierto, la mayoría de estos tienen como... 4-6 puertas lógicas dentro de ellos ....¿Existe tal cosa como una puerta ÚNICA que pueda comprar, o tendría que construir esa única puerta NO/Y/O/cualquiera que sea con otros transistores)

Entonces... como por ejemplo, los circuitos integrados de arriba... ¿son construidos con tecnología CMOS o TTL? Estoy un poco confundido sobre cuál es la diferencia entre un transistor construido TTL y un transistor CMOS. ¿Es esto un transistor TTL o un transistor CMOS? (es un biopolar correcto?):

¿TTL o CMOS?

Sé que estas son muchas preguntas, pero solo estoy tratando de entender cómo pasamos de transistores a puertas a circuitos integrados. Quiero decir ... los IC que vinculé anteriormente (como los IC lógicos de la serie 74) están construidos a partir de puertas ... que deben construirse a partir de transistores (¿CMOS o TTL?) Pero, ¿cómo es que nunca vemos como puertas INDIVIDUALES? siendo vendido... y si es así, ¿por qué existen grandes transistores como el de arriba si podemos colocar 6 puertas lógicas en un pequeño IC?

Y los FET entran en juego en las puertas lógicas... o no tanto.

Uf....

editar: TAMBIÉN cualquier libro / sitio web que hable sobre esto también es una GRAN ayuda.

Las compuertas individuales están fácilmente disponibles como dispositivos de montaje en superficie (SMD): vaya a esta página y seleccione Número de circuitos = 1
@tcrosley Supongo que no los verá como normales... ¿cómo llamarían no SMD?
@Sauron: la palabra para no SMT es orificio pasante.
@Sauron, aunque los componentes de orificio pasante siguen siendo populares entre los aficionados y para los profesionales que construyen prototipos en una placa de prueba, los componentes de montaje en superficie son ahora la "norma" para las placas de circuito impreso comerciales y lo han sido durante los últimos 15 años o más. Tiene razón, nunca he visto puertas individuales con un bajo número de entradas en un paquete de orificio pasante.
@tcrosley Ah, lo tengo. Supongo que SMD es mucho más barato de producir en grandes cantidades... además, son mucho más pequeños. Gracias por la informacion sin embargo.
La serie 7400 suele ser una serie de puertas empaquetadas en un solo IC para reducir la cantidad de pines Vcc y GND que debe conectar. Pero para todos los tipos de puertas básicas también hay una variante con un "1G" extra en el nombre, que significa puerta única. A veces, solo necesita una puerta única y un IC de puerta múltiple necesita más espacio, más potencia y tiene que atar las puertas no utilizadas o consumen mucha energía. Así que existen y para la mayoría o incluso todas las formas de envasado.

Respuestas (3)

La primera serie lógica integral fue la serie TTL 74xx. Esto usó BJT (transistores de unión bipolar). Más tarde llegaron variantes como el 74LSxx de uso frecuente, donde "LS" significa Low-power Schottky TTL. Como su nombre lo indica, estos usaban menos energía que el TTL, que necesitaba mucha energía, y también eran más rápidos. Al mismo tiempo se desarrolló la serie CMOS 4000. La "C" en CMOS significa Complementario, lo que significa que es una combinación de MOSFET de canal N y canal P. Su construcción es más simple que la TTL y consumen mucha menos energía. Posteriormente, el CMOS estándar se convirtió en HCMOS, "H" para alta velocidad. La mayoría de los tipos 74LSxx se lanzaron como HCMOS en la serie 74HCxx o la serie 74HCTxx, que es compatible con TTL. Posteriormente se desarrollaron más variantes, como Advanced CMOS (74ACxx).

Los microcontroladores están construidos con tecnología HCMOS, por lo que usan MOSFET. AFAIK JFET no se usan para circuitos integrados lógicos. El transistor que muestra en la imagen es un BJT, que puede ver por la designación del pin:

E = Emisor
B = Base
C = Colector

Para un MOSFET los pines serían

S = Fuente
G = Compuerta
D = Drenaje

respectivamente.

Muchos circuitos integrados de la serie 74HCxx se lanzaron originalmente en paquetes DIL de 14 o 16 pines, lo que significaba que encajarían en cuatro puertas de 2 entradas. Con la miniaturización (SMT) surgió la demanda de paquetes más pequeños, incluso si contenían menos puertas. Varios fabricantes ofrecen versiones de puertas lógicas de puerta única y puerta doble. Por ejemplo, NXP tiene una versión 74LVC1G00 (NAND de 2 entradas única) y 74LVC2G00 (NAND de 2 entradas doble) del clásico 74HC00 . 74LVCxx es otra tecnología HCMOS. Esta página enumera todas las familias lógicas de NXP.

Entonces, ¿la mayoría de los circuitos integrados con los que trabajaré (como puertas lógicas integradas y demás) serán HCMOS? Y usted dice que CMOS usa el canal N y el canal P ... ¿qué significa exactamente "canal".
@Sauron: el canal es el camino entre la fuente y el drenaje que se puede hacer más o menos resistivo aplicando un voltaje a la puerta. Como si pellizcaras una manguera. En los sistemas digitales, el voltaje aplicado es alto o bajo, lo que significa que es conductor o no conductor, respectivamente. en canal N. Para el canal P es al revés.
"La primera serie lógica integral fue la serie TTL 74xx". ¿Pensé que RTL y DTL precedieron a TTL?
@Paul: sí, pero nunca se usaron tan ampliamente. Lea también la palabra "integral".
@stevenvh ¿El canal P o N es más común... solo por curiosidad? y estos canales solo existen en FET, ¿correcto?
@Sauron: sí, solo en FET, los equivalentes de BJT serían NPN y PNP. En HCMOS, como circuitos integrados lógicos y microcontroladores, ambos se usan en cantidades iguales. Como componentes discretos, diría que la mejora del canal N es la más común. (También hay MOSFET de agotamiento )
Me pregunto por qué la comunidad parece pensar que esta es una mejor respuesta que la mía... tal vez sufre de TL;DR
Por curiosidad, ¿hubo configuraciones populares de puertas mixtas de lógica de estilo 74xx? Sé que se construyeron muchos circuitos con 7400 puertas NAND; Esperaría que muchos de estos circuitos tuvieran al menos tres puertas NAND que alimentaran exactamente otra puerta NAND cada una. No creo haber visto nunca un DIP14 con tres pares de compuertas NAND (la compuerta n.° 1 de cada par tiene dos entradas vinculadas a pines y una salida enterrada; la compuerta n.° 2 tiene una entrada vinculada a un pin y una entrada vinculada a la salida de la puerta 1), pero creo que tal dispositivo habría sido muy útil.
@stevenvh Puede que sea un poco tarde para preguntar esto, pero ¿conoce algún lugar que describa cómo se usan los transistores para construir cada puerta lógica (como OR/NOT/AND/etc) y qué transistores se usan?
@Sauron: ¡nunca es demasiado tarde para hacer una buena pregunta! :-) Puede encontrar útiles esta página y las anteriores/siguientes. Claramente explicado con buenos diagramas. Para títulos de libros, le sugiero que busque preguntas anteriores aquí. No tengo ningún título en mente (todo esto lo aprendí en cursos universitarios).

Donde empezar...

Las puertas lógicas utilizadas en los chips VLSI no se construyen a partir de transistores de unión bipolar (BJT), sino que utilizan transistores de efecto de campo (FET) (Metal Oxide Semiconductor (MOS) para ser exactos). Las topologías utilizadas en este ámbito se componen comúnmente en redes desplegables de tipo P complementarias y desplegables de tipo N. Básicamente, creo que estos tipos se utilizan en este contexto porque pueden crearse mediante un proceso de fabricación fiable a muy pequeña escala. Quizás lo más importante es que en CMOS, lo que cuenta son los niveles de voltaje, los márgenes de ruido y las velocidades de conmutación. Todas las cosas que son muy importantes en la tecnología informática.

Las puertas TTL (como la serie 7400) son versiones integradas (IC) de los BJT de 3 terminales como se muestra en la imagen, excepto que no del todo. Están integrados en topologías apropiadas (incluidas las "resistencias" integradas) de modo que lógicamente se comporten como puertas booleanas desde la perspectiva del voltaje de entrada/salida. Algunos de los BJT utilizados en estas puertas también tienden a tener múltiples emisores para entradas (esto es equivalente a múltiples BJT de 3 terminales con sus colectores y bases conectados entre sí). TTL es lógicamente similar a la tecnología CMOS, pero las puertas en realidad pueden conducir y absorber una cantidad apreciable de corriente (por ejemplo, 20 mA+).

Los dispositivos BJT de 3 terminales tienden a tener una capacidad de carga de corriente mucho mayor que las versiones integradas, pero estoy seguro de que puede encontrar variedades integradas comparables. 100mA es común, y más de 1A están disponibles. Puede imitar topologías lógicas TTL con ellos, pero eso rara vez, si es que alguna vez, se hace en la práctica.

Una última cosa que agregaré es que los terminales de BJT comúnmente están etiquetados como E para emisor, C para colector y B para base. Los terminales de un FET se etiquetan comúnmente como S para fuente, D para drenaje y G para puerta (que no debe confundirse con una "puerta lógica"). Los terminales son algo parecidos, pero cuando se emplean para implementar "circuitos lógicos", las topologías son muy diferentes para estas dos tecnologías.

Esta pregunta ya tiene dos buenas respuestas, pero vale la pena mencionar que este tema es bastante extenso para profundizar en todos los detalles sin escribir demasiado. Te recomiendo encarecidamente que veas estas conferencias del MIT, son largas pero valen la pena cada minuto:

http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-002-circuits-and-electronics-spring-2007/

Las conferencias 4 y 5 cubren lo que pidió, y la conferencia 13 es una buena adición.

¿Pasar de transistores a compuertas a... circuitos integrados?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v