En 1964, Texas Instruments introdujo la serie SN5400 de chips lógicos, en un encapsulado de semiconductores cerámicos . En 1966 se introdujo una serie SN7400 de encapsulado plástico de bajo costo que rápidamente ganó más del 50% del mercado de chips lógicos y finalmente se convirtió en un componente electrónico estandarizado de facto . [4] [5] Desde la introducción de las piezas TTL de transistores bipolares originales, se introdujeron piezas compatibles con pines con características tales como tecnología CMOS de bajo consumo y voltajes de suministro más bajos . Existen encapsulados de montaje superficial para varias funciones familiares lógicas populares. [6]
Descripción general
La serie 7400 contiene cientos de dispositivos que proporcionan 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 de especificación militar extendido. 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.
En la actualidad, las versiones CMOS de montaje superficial de la serie 7400 se utilizan en diversas aplicaciones de electrónica y para lógica de unión en computadoras y electrónica industrial. Los dispositivos originales de orificio pasante en encapsulados en línea dual (DIP/DIL) fueron el pilar de la industria durante muchas décadas. Son útiles para la creación rápida de prototipos en placa de pruebas y para la educación y siguen estando disponibles en la mayoría de los fabricantes. Sin embargo, los tipos más rápidos y las versiones de voltaje muy bajo suelen ser solo de montaje superficial . [ cita requerida ]
El primer número de pieza de la serie, el 7400, es un CI de 14 pines que contiene cuatro puertas NAND de dos entradas . Cada puerta utiliza dos pines de entrada y un pin de salida, y los dos pines restantes son de alimentación (+5 V) y tierra. Esta pieza se fabricó en varios paquetes de montaje superficial y de orificio pasante, incluidos los de paquete plano y de doble línea de plástico/cerámica. Los caracteres adicionales en un número de pieza identifican el paquete y otras variaciones.
A diferencia de los antiguos circuitos integrados de lógica de resistencia-transistor , las puertas TTL bipolares no eran adecuadas para su uso como dispositivos analógicos, ya que proporcionaban una ganancia baja, una estabilidad deficiente y una impedancia de entrada baja. [7] Se utilizaron dispositivos TTL de propósito especial para proporcionar funciones de interfaz, como disparadores Schmitt o circuitos de temporización multivibradores monoestables . Las puertas inversoras se podían conectar en cascada como un oscilador de anillo , lo que resultaba útil para fines en los que no se requería una alta estabilidad.
Historia
Aunque la serie 7400 fue la primera familia lógica TTL estándar de facto de la industria (es decir, de segunda mano por varias empresas de semiconductores), hubo familias lógicas TTL anteriores como:
La compuerta NAND cuádruple de 2 entradas 7400 fue el primer producto de la serie, presentado por Texas Instruments en un encapsulado 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 la serie posterior en encapsulados DIP (en particular, la tierra se conectaba al pin 11 y la fuente de alimentación al pin 4, en comparación con los pines 7 y 14 para los encapsulados DIP). [5] El extremadamente popular DIP de plástico de grado comercial (7400N) siguió en el tercer trimestre de 1966. [18]
Las series 5400 y 7400 se utilizaron en muchas minicomputadoras populares en la década de 1970 y principios de la de 1980. Algunos modelos de las "minicomputadoras" de la serie DEC PDP utilizaban la ALU 74181 como elemento de cómputo 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 una unidad por unidad del SN5400 (grado militar, en paquete plano soldado de cerámica ) era de alrededor de 22 USD . [19] A partir de 2007, los chips individuales de grado comercial en paquetes de epoxi (plástico) moldeado se pueden comprar por aproximadamente 0,25 USD cada uno, dependiendo del chip en particular.
Matriz SN7400 en el paquete plano original, fabricada por TI
Esquema de una compuerta en un 74H00
Esquema de una puerta en un 7400
Esquema de una compuerta en un 74LS00
Esquema de una compuerta en un 74ALS00
Comparación de tamaño de 74HC00 en encapsulado DIP vs. TSSOP
Familias
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 las dos ( 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, normalmente 5 V, mientras que las piezas CMOS a menudo admiten un rango de voltajes de suministro.
Los dispositivos con clasificación Milspec para uso en condiciones de temperatura extendidas están disponibles como la 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 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: estas tenían un rango de temperatura industrial extendido de −40 °C a +85 °C. Si bien empresas como Mullard enumeraron piezas compatibles con la serie 6400 en las hojas de datos de 1970, [21] en 1973 no se mencionaba 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 regulares 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 tecnologías diferentes, normalmente se mantuvo la compatibilidad con los niveles lógicos TTL y los voltajes 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 pieza similares para identificar funciones lógicas similares y compatibilidad eléctrica (potencia y voltaje de E/S) en las diferentes subfamilias.
Más de 40 subfamilias lógicas diferentes utilizan este esquema de número de pieza estandarizado. [6] [ página necesaria ] Los encabezados en la siguiente tabla son: V cc – voltaje de la fuente de alimentación; t pd – retardo máximo de la compuerta; I OL – corriente de salida máxima a nivel bajo; I OH – corriente de salida máxima a nivel alto; t pd , I OL e I OH se aplican a la mayoría de las compuertas en una familia dada. Las compuertas de controlador o de búfer 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 Se muestran los parámetros para la puerta NAND de 2 entradas (74x00 o 74x1G00) a V cc = 5 V, Ta = 25 °C, CL = 50 pF.
^ abcdefgh La letra "U" cuando se agrega al código de la familia (por ejemplo, 74HCU) indica un circuito CMOS sin búfer. Por lo general, solo hay un circuito sin búfer en una familia: el inversor hexadecimal (74x04). Los circuitos sin búfer están destinados a aplicaciones analógicas como los 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 una función de retención de bus. Es decir, si el bus de entrada pasa a un estado de alta impedancia o flotante, 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 la 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]
^ Se muestran los parámetros para la puerta NAND de 2 entradas (74x00 o 74x1G00) a V cc = 3,3 V, Ta = 25 °C, CL = 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 simples en estas familias. Los parámetros son para un transceptor (74x245, 74x16245 o similar).
^ Las salidas del lado B son todas de colector abierto en esta familia.
Muchos componentes 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. Los componentes 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 alto nivel 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 retardo 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, esta familia todavía se produce por Lansdale Semiconductor. [102]
La familia 74S, que utiliza circuitos Schottky , consume más energía que la 74, pero es más rápida. La familia de circuitos integrados 74LS es una versión de menor consumo de la familia 74S, con una velocidad ligeramente superior pero una disipación de energía menor que la familia 74 original; se convirtió en la variante más popular una vez que estuvo ampliamente disponible. Muchos circuitos integrados 74LS se pueden encontrar en microcomputadoras y productos electrónicos de consumo digitales fabricados en los años 1980 y principios de los años 1990.
La familia 74F fue introducida por Fairchild Semiconductor y adoptada por otros fabricantes; es más rápida que las familias 74, 74LS y 74S.
A finales de la década de 1980 y durante la de 1990, se introdujeron versiones más nuevas de esta [¿ cuál? ] familia para soportar los voltajes operativos más bajos utilizados en los dispositivos de CPU más nuevos .
Numeración de piezas
Los esquemas de números de pieza varían según el fabricante. Los números de pieza de los dispositivos lógicos de la serie 7400 suelen utilizar los siguientes designadores:
A menudo, primero se incluye un prefijo de dos o tres letras que indica el fabricante y la clase de flujo del dispositivo. Estos códigos ya no están estrechamente asociados a 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 denotan la subfamilia lógica. Ejemplos:
cero letras: TTL bipolar básico
LS: Schottky de baja potencia
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 ampliamente según el fabricante.
Por ejemplo, "SN5400N" significa que la pieza es un IC de la serie 7400 probablemente fabricado por Texas Instruments ("SN" originalmente significaba "Red de semiconductores" [104] ) usando procesamiento comercial, tiene clasificación de temperatura militar ("54") y es de la familia TTL (ausencia de un designador de familia), siendo su función la de compuerta 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 una ayuda para los diseñadores. A menudo, una pieza de una subfamilia 74x00 diferente podría sustituirse (" 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), lo que fue una 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 la distribución de pines ) entre las subfamilias, como:
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 pieza de la serie normal (o incluso 74LS). [105]
cinco versiones del circuito integrado 74x54 (4 puertas AND-OR-INVERT de ancho ), a saber, 7454(N), 7454W, 74H54, 74L54W y 74L54N/74LS54, son diferentes entre sí en cuanto a la distribución de pines y/o función, [106]
Segundas fuentes de Europa y del Bloque del Este
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 la época en que se fabricaba la serie 7400, algunos fabricantes europeos (que tradicionalmente seguían la convención de nomenclatura Pro Electron ), como Philips / Mullard , produjeron una serie de circuitos integrados TTL cuyos nombres de componentes empezaban 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 AND-OR-NO de entrada 2+2+2+2.
La Unión Soviética comenzó a fabricar circuitos integrados TTL con distribución de pines de la serie 7400 a finales de los años 1960 y principios de los 1970, como el K155ЛA3, que era compatible con la parte 7400 disponible en los Estados Unidos, excepto por el uso de un espaciado métrico de 2,5 mm entre pines en lugar del espaciado de pin a pin de 0,1 pulgadas (2,54 mm) utilizado en Occidente. [107]
Otra peculiaridad de la serie 7400 de fabricación soviética era el material de embalaje utilizado en los años 1970 y 1980. En lugar de la omnipresente resina negra, tenían un color de cuerpo verde parduzco con sutiles marcas en forma de remolino creadas durante el proceso de moldeado. En la industria electrónica del Bloque del Este se hacía referencia a él en broma como el "embalaje de estiércol de elefante", debido a su apariencia. [ cita requerida ]
Las modificaciones tecnológicas se consideraron series diferentes y se identificaron con diferentes prefijos numerados: la serie К155 equivale a la serie 74 simple, la serie К555 es 74LS, la serie К1533 es 74ALS, etc.;
La función de la unidad se describe con un código de dos letras seguido de un número:
la primera letra representa el grupo funcional – lógico, disparadores, contadores, multiplexores, etc.;
la segunda letra muestra el subgrupo funcional, haciendo la distinción entre NAND y NOR lógicos, disparadores D y JK, contadores decimales y binarios, etc.;
El número distingue variantes con diferente número de entradas o diferente número de elementos dentro de una matriz: ЛА1/ЛА2/ЛА3 (LA1/LA2/LA3) son 2 elementos NAND de cuatro entradas/1 de ocho entradas/4 de dos entradas respectivamente (equivalentes 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 : [108]
Bulgaria (Mikroelektronika Botevgrad ) utilizó una designación similar a la de la Unión Soviética, por ejemplo, 1ЛБ00ШМ (1LB00ShM) para un 74LS00. Algunos de los grupos funcionales de dos letras se tomaron prestados 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 equivalente occidental. La serie seguía al final (es decir, ШМ para LS). Solo se sabe que la serie LS se fabricó en Bulgaria. [109] [110] : 8–11
Checoslovaquia ( TESLA ) utilizó el sistema de numeración 7400 con el prefijo de fabricante MH. Ejemplo: MH7400. Tesla también produjo modelos de grado industrial (8400, de -25 °C a 85 °C) y de grado militar (5400, de -55 °C 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 del fabricante CDB (ejemplo: CDB4123E corresponde a 74123) para las series 74 y 74H, donde el sufijo H indicaba la serie 74H. [111] Para la serie 74LS posterior, se utilizó la numeración estándar. [112]
Alemania del Este ( HFO ) también utilizó la numeración 7400 recortada sin prefijo o sufijo del fabricante. El prefijo D (o E) designa el circuito integrado digital y no al fabricante. Ejemplo: D174 es 7474. Los clones 74LS se designaban con el prefijo DL; p. ej., DL000 = 74LS00. En años posteriores, los clones fabricados en Alemania del Este también estaban disponibles con números 74* estándar, generalmente para exportación. [113]
Había varias tecnologías diferentes disponibles en la Unión Soviética, [107] [114] [115] [116] [108]
Checoslovaquia, [117] [110]
Polonia, [108] [110] y Alemania del Este. [113] La serie 8400 en la tabla siguiente 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 en su mayor parte la serie flat-pack original de Texas Instruments, es decir, tierra en el pin 11 y energía en el pin 4.
Alrededor de 1990, la producción de lógica estándar cesó 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 se fabricaban en "Integral" en Bielorrusia, [118]
así como las series 130 y 530 en "NZPP-KBR", [119]
134 y 5574 en "VZPP", [120]
533 en "Svetlana" , [121]
1564, К1564, КР1564 en "NZPP", [122]
1564, К1564 en "Voshod", [123]
1564 en "Exiton", [124]
y 133, 530, 533, 1533 en "Mikron" en Rusia. [125]
La empresa rusa Angstrem fabrica circuitos 54HC como serie 5514БЦ1, 54AC como serie 5514БЦ2 y 54LVC como serie 5524БЦ2. [126]
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Lectura adicional
Libros
50 circuitos que utilizan circuitos integrados de la serie 7400 ; 1.ª edición; RN Soar; Bernard Babani Publishing; 76 páginas; 1979; ISBN 0900162775. (archivo )
Diseño con circuitos integrados TTL ; 1.ª 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, Jose Soltero, Shreyas Rao; Texas Instruments; 60 páginas; 2016.
Comparación de la lógica 74HC / 74S / 74LS / 74ALS; Fairchild; 6 páginas, 1983.
Interfaz con lógica 74HC; Fairchild; 10 páginas; 1998.
Libros de datos históricos: TTL (1978, 752 páginas), FAST (1981, 349 páginas)
Guía de selección de lógica (2008, 12 páginas)
Nexperia / NXP Semiconductor
Guía de selección de lógica (2020, 234 páginas)
Manual de aplicaciones lógicas: guía para ingenieros de diseño (2021, 157 páginas)
Traductores de lógica (2021, 62 páginas)
Texas Instruments / 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 bolsillo de datos 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 de lógica de propósito general (2012, 55 páginas)
Enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Serie 7400 .
Comprensión de los circuitos integrados de lógica digital de la serie 7400 - Revista Nuts and Volts
Lista completa de circuitos integrados de la serie 7400 - Club de Electrónica