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Circuitos integrados de la serie 7400

La mitad superior es un diagrama de líneas que muestra cuatro símbolos de compuerta NAND en un rectángulo. La mitad inferior es una foto de un paquete de circuito integrado rectangular gris con pines de metal en los dos lados largos y letras en la parte superior como se describe en el epígrafe.
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 un encapsulado DIP de plástico . La segunda línea de números (7645) es un código de fecha; este chip se fabricó en la semana 45 de 1976. [2]

La serie 7400 es una popular familia lógica de circuitos integrados (CI) de lógica transistor-transistor (TTL ). [3]

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 ]

Texas Instruments SN5451 en el paquete plano original

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 por unidad de un 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.

Familias

Comparación de corriente ( A ) vs velocidad ( Hz ) de varias familias 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 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 de haz conductor 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.

  1. ^ 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.
  2. ^ 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.
  3. ^ 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]
  4. ^ 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]
  5. ^ 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]
  6. ^ 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.
  7. ^ 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]
  8. ^ No hay puertas simples en estas familias. Los parámetros son para un transceptor (74x245, 74x16245 o similar).
  9. ^ Las salidas del lado B son todas de colector abierto en esta familia.
Comparación de niveles lógicos para varias familias 7400

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

Numeración de piezas
Registros de desplazamiento 74HC595 de montaje superficial en una placa de circuito impreso . Esta variante 74HC utiliza niveles de voltaje de señalización CMOS, mientras que la variante 74HCT595 utiliza niveles de señalización TTL.
Matriz de un registro de desplazamiento de 8 bits 74HC595

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 indicadores:

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:

Segundas fuentes de Europa y del Bloque del Este

K131LA3 soviético, equivalente a 74H00
MH74S00 checoslovaco, SN74S251N de Texas Instruments, DL004D de Alemania del Este (74LS04), K155LA13 soviético (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 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:

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 ]

La designación del circuito integrado soviético es diferente a la de la serie occidental:

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]

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).

  1. ^ 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]

Véase también

Una computadora de 4 bits, 2 registros y 6 instrucciones hecha completamente de chips de la serie 74 en una placa de pruebas sin soldadura

Referencias

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Lectura adicional

Libros
Notas de la aplicación
Semiconductor Fairchild / Semiconductor ON
Nexperia / NXP Semiconductor
Texas Instruments / Semiconductor Nacional
Toshiba

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