Serie de circuitos integrados lógicos transistor-transistor
El chip SN7400N contiene cuatro puertas NAND de dos entradas . El prefijo SN indica que fue fabricado por Texas Instruments [1] El sufijo N es un código específico del proveedor que indica envases de plástico DIP . La segunda línea de números (7645) es un código de fecha; este chip fue fabricado en la semana 45 de 1976. [2]
En 1964, Texas Instruments presentó la serie SN5400 de chips lógicos, en un paquete semiconductor cerámico . En 1966 se introdujo un paquete de plástico de bajo costo de la serie SN7400 que rápidamente ganó más del 50% del mercado de chips lógicos y, finalmente, se convirtió en componentes electrónicos estandarizados de facto . [4] [5] A lo largo de las décadas, muchas generaciones de familias descendientes compatibles con pines evolucionaron para incluir soporte para tecnología CMOS de bajo consumo , voltajes de suministro más bajos y paquetes de montaje en superficie . [6]
Descripción general
La serie 7400 contiene cientos de dispositivos que proporcionan de todo, desde puertas lógicas básicas , flip-flops y contadores hasta transceptores de bus de propósito especial y unidades lógicas aritméticas (ALU). Las funciones específicas se describen en una lista de circuitos integrados de la serie 7400 . Algunas piezas lógicas TTL se fabricaron con un rango de temperatura ampliado de especificación militar. Estas piezas tienen el prefijo 54 en lugar de 74 en el número de pieza. Los prefijos 64 y 84 , menos comunes en las piezas de Texas Instruments, indicaban un rango de temperatura industrial. Desde la década de 1970, se han lanzado nuevas familias de productos para reemplazar la serie 7400 original. Las familias lógicas compatibles con TTL más recientes se fabricaron utilizando tecnología CMOS o BiCMOS en lugar de TTL.
Hoy en día, las versiones CMOS de montaje en superficie de la serie 7400 se utilizan en diversas aplicaciones en electrónica y para lógica de pegamento en computadoras y electrónica industrial. Los dispositivos de orificio pasante originales en paquetes duales en línea (DIP/DIL) fueron el pilar de la industria durante muchas décadas. Son útiles para la creación rápida de prototipos en placas de prueba y para educación y siguen estando disponibles en la mayoría de los fabricantes. Sin embargo , los tipos más rápidos y las versiones de muy bajo voltaje suelen ser solo de montaje en superficie . [ cita necesaria ]
Texas Instruments SN5451 en el paquete plano original
El primer número de pieza de la serie, el 7400, es un IC de 14 pines que contiene cuatro puertas NAND de dos entradas . Cada puerta utiliza dos pines de entrada y un pin de salida, siendo los dos pines restantes alimentación (+5 V) y tierra. Esta pieza se fabricó en varios paquetes de montaje en superficie y con orificio pasante, incluido el paquete plano y el doble en línea de plástico/cerámica. Los caracteres adicionales en un número de pieza identifican el paquete y otras variaciones.
A diferencia de los circuitos integrados lógicos de resistencia-transistor más antiguos , las puertas TTL bipolares no eran adecuadas para usarse como dispositivos analógicos, ya que proporcionaban baja ganancia, poca estabilidad y baja impedancia de entrada. [7] Se utilizaron dispositivos TTL de propósito especial para proporcionar funciones de interfaz como disparadores Schmitt o circuitos de temporización multivibrador monoestable . Las puertas inversoras se podían conectar en cascada como un oscilador en anillo , útil para propósitos donde no se requería una alta estabilidad.
Historia
Aunque la serie 7400 fue la primera familia lógica TTL estándar de la industria de facto (es decir, la segunda fuente de varias empresas de semiconductores), hubo familias lógicas TTL anteriores como:
Sylvania Universal High-level Logic en 1963 [8] [9] [10]
La puerta NAND 7400 cuádruple de 2 entradas fue el primer producto de la serie, presentada por Texas Instruments en un paquete plano de metal de grado militar (5400 W) en octubre de 1964. La asignación de pines de esta primera serie difería del estándar de facto establecido por el series posteriores en paquetes DIP (en particular, la tierra estaba conectada al pin 11 y la fuente de alimentación al pin 4, en comparación con los pines 7 y 14 para los paquetes DIP). [5] El extremadamente popular plástico de calidad comercial DIP (7400N) siguió en el tercer trimestre de 1966. [18]
Las series 5400 y 7400 se utilizaron en muchas minicomputadoras populares en los años 1970 y principios de los 1980. Algunos modelos de los 'minis' de la serie DEC PDP utilizaban la ALU 74181 como elemento informático principal en la CPU . Otros ejemplos fueron la serie Data General Nova y las series Hewlett-Packard 21MX, 1000 y 3000.
En 1965, el precio típico de cantidad uno para el SN5400 (grado militar, en paquete plano soldado de cerámica ) era de alrededor de 22 dólares . [19] A partir de 2007, se pueden comprar chips individuales de calidad comercial en paquetes de epoxi (plástico) moldeado por aproximadamente 0,25 dólares estadounidenses cada uno, dependiendo del chip en particular.
Troquel SN7400 en el paquete plano original, fabricado por TI
Muere vs Esquema de una puerta en un 74H00
Esquema de una puerta en un 7400
Esquema de una puerta en un 74LS00
Esquema de una puerta en un 74ALS00
Comparación de tamaño de 74HC00 en paquete DIP vs TSSOP
Familias
Comparación de corriente ( amperios ) y velocidad ( Hz ) de varias familias de 7400
Las piezas de la serie 7400 se construyeron utilizando transistores de unión bipolar (BJT), formando lo que se conoce como lógica transistor-transistor o TTL . Las series más nuevas, más o menos compatibles en función y nivel lógico con las piezas originales, utilizan tecnología CMOS o una combinación de ambas ( BiCMOS ). Originalmente, los circuitos bipolares proporcionaban mayor velocidad pero consumían más energía que la serie 4000 de dispositivos CMOS de la competencia. Los dispositivos bipolares también están limitados a un voltaje de suministro de energía fijo, generalmente 5 V, mientras que las piezas CMOS a menudo admiten una variedad de voltajes de suministro.
Los dispositivos con clasificación Milspec para uso en condiciones de temperatura prolongadas están disponibles como serie 5400. Texas Instruments también fabricó dispositivos endurecidos por radiación con el prefijo RSN , y la compañía ofreció matrices desnudas con conductores de haz para su integración en circuitos híbridos con una designación de prefijo BL . [20]
Las piezas TTL de velocidad regular también estuvieron disponibles durante un tiempo en la serie 6400; tenían un rango de temperatura industrial ampliado de -40 °C a +85 °C. Si bien empresas como Mullard enumeraron piezas compatibles de la serie 6400 en hojas de datos de 1970, [21] en 1973 no había ninguna mención de la familia 6400 en el Libro de datos TTL de Texas Instruments . Texas Instruments recuperó la serie 6400 en 1989 para el SN64BCT540. [22] La serie SN64BCTxxx todavía está en producción a partir de 2023. [23] Algunas empresas también han ofrecido variantes industriales de rango de temperatura extendido utilizando los números de pieza habituales de la serie 7400 con un prefijo o sufijo para indicar el grado de temperatura.
Como los circuitos integrados de la serie 7400 se fabricaron con diferentes tecnologías, generalmente se mantenía la compatibilidad con los niveles lógicos TTL y los voltajes de fuente de alimentación originales. Un circuito integrado fabricado en CMOS no es un chip TTL, ya que utiliza transistores de efecto de campo (FET) y no transistores de unión bipolar (BJT), pero se conservan números de piezas similares para identificar funciones lógicas y eléctricas similares (alimentación y E/S). voltaje) compatibilidad en las diferentes subfamilias. Más de 40 subfamilias lógicas diferentes utilizan este esquema de número de pieza estandarizado. [6] [ página necesaria ] Los títulos de la siguiente tabla son: V cc – tensión de alimentación; t pd – retardo máximo de puerta; I OL – corriente de salida máxima a nivel bajo; I OH – corriente de salida máxima a nivel alto. t pd , I OL y I OH se aplican a la mayoría de las puertas de una familia determinada. Las puertas del controlador o del buffer tienen corrientes de salida más altas.
^ Un signo de interrogación indica que el año de introducción se basa en la hoja de datos más antigua o en el historial de revisiones de una hoja de datos.
^ ab Los parámetros se muestran para la puerta NAND de 2 entradas (74x00 o 74x1G00) en V cc = 5 V, T a = 25 °C, C L = 50 pF.
^ abcdefgh La letra "U" cuando se agrega al código de familia (por ejemplo, 74HCU) indica un circuito CMOS sin búfer. Normalmente, solo hay un circuito sin búfer en una familia: el inversor hexagonal (74x04). Los circuitos sin búfer están destinados a aplicaciones analógicas como osciladores de cristal. [31] : 4–11 [32] [33] : 8–17, 10–15 [34] [35] [36] [37]
^ abcdefghijkl La letra "H", cuando se agrega al código de familia (por ejemplo, 74LVCH), indica un circuito con función de retención de bus. Es decir, si el bus de entrada pasa a un estado flotante o de alta impedancia, las salidas mantienen su estado de acuerdo con el último estado de entrada válido. Esto elimina la necesidad de resistencias pull-up o pull-down. "H" también se puede combinar con "R" [e] (por ejemplo, 74ALVCHR). [61] : 1–5, 4–19 [33] : 3–15, 8–103 [59] [62] [63] [64] [65] [66 ] [67] : 3–3 [68] [69]
^ abcdef La letra "R" cuando se agrega al código de familia (por ejemplo, 74LCXR) indica un circuito con resistencias integradas en las salidas para reducir el sobreimpulso y el subimpulso de la señal de salida. [61] : 1–5, 4–23 [70] : 3–51 [71] [33] : 3–53 [72]
^ Los parámetros se muestran para la puerta NAND de 2 entradas (74x00 o 74x1G00) en V cc = 3,3 V, T a = 25 °C, C L = 50 pF.
^ abc La letra "Z" cuando se agrega al código de familia (por ejemplo, 74LVTZ) indica un circuito donde se garantiza un estado de alta impedancia de todas las salidas cuando el voltaje de la fuente de alimentación cae por debajo de un cierto umbral. [56] [57] [58]
^ No hay puertas sencillas en estas familias. Los parámetros son para un transceptor (74x245, 74x16245 o similar).
^ ab Las salidas del lado B son todas de colector abierto en esta familia.
Comparación de niveles lógicos para varias familias 7400
Muchas piezas de las familias CMOS HC, AC, AHC y VHC también se ofrecen en versiones "T" (HCT, ACT, AHCT y VHCT) que tienen umbrales de entrada que son compatibles con señales TTL y CMOS de 3,3 V. Las partes que no son T tienen umbrales de entrada CMOS convencionales, que son más restrictivos que los umbrales TTL. Normalmente, los umbrales de entrada CMOS requieren que las señales de alto nivel sean al menos el 70% de Vcc y las señales de bajo nivel sean como máximo el 30% de Vcc. (TTL tiene el nivel alto de entrada por encima de 2,0 V y el nivel bajo de entrada por debajo de 0,8 V, por lo que una señal de nivel alto TTL podría estar en el rango medio prohibido para CMOS de 5 V).
La familia 74H tiene el mismo diseño básico que la familia 7400 con valores de resistencia reducidos. Esto redujo el retraso de propagación típico de 9 ns a 6 ns pero aumentó el consumo de energía. La familia 74H proporcionó una serie de dispositivos únicos para diseños de CPU en la década de 1970. Muchos diseñadores de equipos militares y aeroespaciales utilizaron esta familia durante un largo período y, como necesitan reemplazos exactos, Lansdale Semiconductor todavía produce esta familia. [100]
La familia 74S, que utiliza circuitos Schottky , utiliza más energía que la 74, pero es más rápida. La familia de circuitos integrados 74LS es una versión de menor potencia de la familia 74S, con una velocidad ligeramente mayor pero menor disipación de energía que la familia 74 original; se convirtió en la variante más popular una vez que estuvo ampliamente disponible. Se pueden encontrar muchos circuitos integrados 74LS en microcomputadoras y productos electrónicos de consumo digitales fabricados en los años 1980 y principios de los 1990.
La familia 74F fue introducida por Fairchild Semiconductor y adoptada por otros fabricantes; es más rápido que las familias 74, 74LS y 74S.
Hasta finales de los años 1980 y 1990, versiones más nuevas de este [ ¿cuál? ] se introdujeron para admitir los voltajes operativos más bajos utilizados en los dispositivos CPU más nuevos .
Los esquemas de números de pieza variaron según el fabricante. Los números de pieza de los dispositivos lógicos de la serie 7400 suelen utilizar los siguientes designadores:
A menudo, el primero es un prefijo de dos o tres letras que indica el fabricante y la clase de consumo del dispositivo. Estos códigos ya no están estrechamente asociados con un solo fabricante; por ejemplo, Fairchild Semiconductor fabrica piezas con prefijos MM y DM, y sin prefijos. Ejemplos:
Dos dígitos para el rango de temperatura. Ejemplos:
54: rango de temperatura militar
64: serie histórica de corta duración con rango de temperatura "industrial" intermedio
74: dispositivo de rango de temperatura comercial
De cero a cuatro letras que indican la subfamilia lógica. Ejemplos:
cero letras: TTL bipolar básico
LS: Schottky de baja velocidad
HCT: CMOS de alta velocidad compatible con TTL
Dos o más dígitos asignados arbitrariamente que identifican la función del dispositivo. Hay cientos de dispositivos diferentes en cada familia.
Se pueden agregar letras y números de sufijo adicionales para indicar el tipo de paquete, el grado de calidad u otra información, pero esto varía mucho según el fabricante.
Por ejemplo, "SN5400N" significa que la pieza es un IC de la serie 7400 probablemente fabricado por Texas Instruments ("SN" originalmente significa "Red de semiconductores" [102] ) mediante procesamiento comercial y tiene clasificación de temperatura militar ("54") , y es de la familia TTL (ausencia de un designador de familia), siendo su función la puerta NAND cuádruple de 2 entradas ("00") implementada en un paquete DIP de orificio pasante de plástico ("N").
Muchas familias lógicas mantienen un uso consistente de los números de dispositivo como ayuda para los diseñadores. A menudo, se podía sustituir una pieza de una subfamilia 74x00 diferente (" reemplazo directo ") en un circuito, con la misma función y distribución de pines, pero con características más apropiadas para una aplicación (quizás velocidad o consumo de energía), que era un gran parte del atractivo de la serie 74C00 sobre la serie CD4000B de la competencia , por ejemplo. Pero hay algunas excepciones en las que se produjeron incompatibilidades (principalmente en el pin-out ) entre las subfamilias, como por ejemplo:
algunos dispositivos de paquete plano (por ejemplo, 7400 W) y dispositivos de montaje en superficie,
algunas de las series CMOS más rápidas (por ejemplo 74AC),
Algunos dispositivos TTL de bajo consumo (por ejemplo, 74L86, 74L9 y 74L95) tienen una distribución de pines diferente a la de la serie normal (o incluso 74LS). [103]
cinco versiones del 74x54 ( IC de 4 puertas AND-OR-INVERT ), a saber, 7454(N), 7454W, 74H54, 74L54W y 74L54N/74LS54, son diferentes entre sí en cuanto a distribución de pines y/o función, [104 ]
Segundas fuentes de Europa y el Bloque del Este
K131LA3 soviético, equivalente a 74H00Checoslovaco MH74S00, Texas Instruments SN74S251N, Alemania Oriental DL004D (74LS04), soviético K155LA13 (7438)CDB493E rumano, equivalente a SN7493
Algunos fabricantes, como Mullard y Siemens, tenían piezas TTL compatibles con pines , pero con un esquema de numeración completamente diferente; sin embargo, las hojas de datos identificaron el número compatible con 7400 como una ayuda para el reconocimiento.
En el momento en que se fabricaba la serie 7400, algunos fabricantes europeos (que tradicionalmente seguían la convención de nomenclatura de Pro Electron ), como Philips / Mullard , producían una serie de circuitos integrados TTL con nombres de piezas que comenzaban con FJ. Algunos ejemplos de la serie FJ son:
FJH101 (=7430) puerta NAND única de 8 entradas,
FJH131 (=7400) puerta NAND cuádruple de 2 entradas,
FJH181 (=7454N o J) Puerta Y-O-NO de 2+2+2+2 entradas.
La Unión Soviética comenzó a fabricar circuitos integrados TTL con pines de la serie 7400 a finales de los años 1960 y principios de los 1970, como el K155ЛA3, que era compatible con los pines de la pieza 7400 disponible en los Estados Unidos, excepto por el uso de un espaciado métrico de 2,5 mm entre pasadores en lugar del espaciado entre pasadores de 0,1 pulgadas (2,54 mm) que se utiliza en el oeste. [105]
Otra peculiaridad de la serie 7400 de fabricación soviética fue el material de embalaje utilizado en las décadas de 1970 y 1980. En lugar de la omnipresente resina negra, tenían un color de cuerpo verde parduzco con sutiles marcas de remolino creadas durante el proceso de moldeo. En la industria electrónica del Este se le conocía en broma como "envase de estiércol de elefante", debido a su aspecto. [ cita necesaria ]
las modificaciones tecnológicas se consideraron series diferentes y se identificaron mediante prefijos numerados diferentes: la serie К155 equivale a 74 simple, la serie К555 es 74LS, К1533 es 74ALS, etc.;
la función de la unidad se describe con un código de dos letras seguidas de un número:
la primera letra representa el grupo funcional: lógico, disparadores, contadores, multiplexores, etc.;
la segunda letra muestra el subgrupo funcional, distinguiendo entre NAND y NOR lógicos, activadores D y JK, contadores decimales y binarios, etc.;
el número distingue variantes con diferente número de entradas o diferente número de elementos dentro de un dado: ЛА1/ЛА2/ЛА3 (LA1/LA2/LA3) son 2 elementos NAND de cuatro entradas / 1 de ocho entradas / 4 de dos entradas respectivamente (equivalente a 7420/7430/7400).
Antes de julio de 1974, las dos letras de la descripción funcional se insertaban después del primer dígito de la serie. Ejemplos: К1ЛБ551 y К155ЛА1 (7420), К1ТМ552 y К155ТМ2 (7474) son los mismos circuitos integrados fabricados en diferentes momentos.
También se fabricaron clones de la serie 7400 en otros países del bloque del Este : [106]
Bulgaria (Mikroelektronika Botevgrad ) utilizó una designación algo similar a la de la Unión Soviética, por ejemplo, 1ЛБ00ШМ (1LB00ShM) para un 74LS00. Algunos de los grupos funcionales de dos letras fueron tomados de la designación soviética, mientras que otros diferían. A diferencia del esquema soviético, el número de dos o tres dígitos después del grupo funcional coincidía con el número occidental. La serie siguió al final (es decir, ШМ para LS). En Bulgaria sólo se sabe que se fabricó la serie LS. [107] [108] : 8–11
Checoslovaquia ( TESLA ) utilizó el esquema de numeración 7400 con el prefijo de fabricante MH. Ejemplo: MH7400. Tesla también produjo modelos de grado industrial (8400, −25 ° a 85 °C) y militar (5400, −55 ° a 125 °C).
Polonia (Unitra CEMI) utilizó el esquema de numeración 7400 con prefijos de fabricante UCA para las series 5400 y 6400, así como UCY para la serie 7400. Ejemplos: UCA6400, UCY7400. Tenga en cuenta que los circuitos integrados con el prefijo MCY74 corresponden a la serie 4000 (por ejemplo, MCY74002 corresponde a 4002 y no a 7402).
Hungría ( Tungsram , más tarde Mikroelektronikai Vállalat / MEV) también utilizó el esquema de numeración 7400, pero con el sufijo del fabricante: 7400 está marcado como 7400APC.
Rumania (IPRS) utilizó una numeración 7400 recortada con el prefijo CDB del fabricante (ejemplo: CDB4123E corresponde a 74123) para las series 74 y 74H, donde el sufijo H indicaba la serie 74H. [109] Para la serie 74LS posterior, se utilizó la numeración estándar. [110]
Alemania del Este ( HFO ) también utilizó la numeración 7400 recortada sin prefijo ni sufijo del fabricante. El prefijo D (o E) designa IC digital y no el fabricante. Ejemplo: D174 es 7474. Los clones 74LS fueron designados por el prefijo DL; por ejemplo, DL000 = 74LS00. En años posteriores, los clones fabricados en Alemania del Este también estuvieron disponibles con números estándar 74*, generalmente para exportación. [111]
Se disponía de varias tecnologías diferentes en la Unión Soviética, [105] [112] [113] [114] [106]
Checoslovaquia, [115] [108]
Polonia, [106] [108] y Alemania del Este. [111] La serie 8400 en la siguiente tabla indica un rango de temperatura industrial de −25 °C a +85 °C (a diferencia de −40 °C a +85 °C para la serie 6400).
^ La asignación de pines de la serie 134 sigue principalmente la serie de paquete plano original de Texas Instruments, es decir, tierra en el pin 11 y alimentación en el pin 4.
Alrededor de 1990 cesó la producción de lógica estándar en todos los países de Europa del Este excepto en la Unión Soviética y más tarde en Rusia y Bielorrusia . En 2016, las series 133, К155, 1533, КР1533, 1554, 1594 y 5584 estaban en producción en "Integral" en Bielorrusia, [116]
así como las series 130 y 530 en "NZPP-KBR", [117 ]
134 y 5574 en "VZPP", [118]
533 en "Svetlana" , [119]
1564, К1564, КР1564 en "NZPP", [120]
1564, К1564 en "Voshod", [121]
1564 en "Exiton" , [122]
y 133, 530, 533, 1533 en "Mikron" en Rusia. [123]
La empresa rusa Angstrem fabrica circuitos 54HC como serie 5514БЦ1, 54AC como serie 5514БЦ2 y 54LVC como serie 5524БЦ2. [124]
Ver también
Una computadora de 4 bits, 2 registros y seis instrucciones hecha completamente de chips de la serie 74 en una placa sin soldadura
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Otras lecturas
Libros
50 circuitos que utilizan circuitos integrados de la serie 7400 ; 1ª edición; RN se dispara; Editorial Bernard Babani; 76 páginas; 1979; ISBN 0900162775 . (archivo)
Diseño con Circuitos Integrados TTL ; 1ª edición; Robert Morris, John Miller; Texas Instruments y McGraw-Hill; 322 páginas; 1971; ISBN 978-0070637450 . (archivo)
Notas de la aplicación
Comprensión e interpretación de hojas de datos de lógica estándar; Stephen Nolan, José Soltero, Shreyas Rao; Instrumentos Texas; 60 páginas; 2016.
Libros de datos históricos: TTL (1978, 752 páginas), FAST (1981, 349 páginas)
Guía de selección de lógica (2008, 12 páginas)
Semiconductores Nexperia/NXP
Guía de selección de lógica (2020, 234 páginas)
Guía del ingeniero de diseño del manual de aplicaciones lógicas (2021, 157 páginas)
Traductores de lógica' (2021, 62 páginas)
Instrumentos de Texas/Semiconductor Nacional
Catálogo Histórico: (1967, 375 páginas)
Libros de datos históricos: TTL Vol1 (1984, 339 páginas), TTL Vol2 (1985, 1402 páginas), TTL Vol3 (1984, 793 páginas), TTL Vol4 (1986, 445 páginas)
Libro de datos de bolsillo de lógica digital (2007, 794 páginas), Guía de referencia de lógica (2004, 8 páginas), Guía de selección de lógica (1998, 215 páginas)
Guía de Little Logic (2018, 25 páginas), Guía de selección de Little Logic (2004, 24 páginas)
toshiba
Circuitos integrados lógicos de uso general (2012, 55 páginas)
enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la Serie 7400 .
Comprensión de los circuitos integrados lógicos digitales de la serie 7400 - Revista Nuts and Volts
Lista completa de circuitos integrados de la serie 7400 - Electronics Club