familias

O desenvolvimento da tecnologia dos circuitos integrados, possibilitando a colocação num único invólucro de diversos componentes já interligados, veio permitir um desenvolvimento muito rápido da eletrônica digital e conseqüentemente do projeto de sistemas digitais. Foi criada uma série de circuitos integrados que continham numa única pastilha as funções lógicas digitais mais usadas e de tal maneira projetadas que todas eram compatíveis entre si a partir das quais os projetistas tiveram facilidade em encontrar todos os blocos para montar seus sistemas digitais.
Estas séries de circuitos integrados formaram então as famílias lógicas ou famílias digitais que consistem em um grupo de dispositivos compatíveis com os mesmos níveis lógicos e tensões de alimentação, por isso você pode conectar diretamente a saída de um dispositivo na entrada de outro se ambos forem da mesma família digital.
Em virtude da massificação do uso de CIs, torna-se necessário conhecer as características gerais desses circuitos e de algumas das famílias lógicas mais populares. Uma vez entendidas tais características, a preparação dos projetos de circuitos digitais é melhorada. Para se conectar dispositivos de famílias diferentes, geralmente há a necessidade de uma interface entre ambas. As famílias lógicas mais comuns podem ser classificadas como:

RTL – Lógica resistor-transistor (obsoleta);
DTL - Lógica diodo-transistor (obsoleta);
DCTL - Lógica transistor acoplamento direto;
TTL - Lógica transistor-transistor (mais popular);
ECL - Lógica emissor-acoplado;
MOS - Metal Oxide Semicondutor:
PMOS - Lógica MOSFETs de canal-p (obsoleta);
NMOS - Lógica MOSFETs de canal-n
CMOS - Lógica MOSFETs Complementares

Família MOS
A tecnologia MOS (Metal Oxide Semicondutor) tem seu nome extraído do fato de sua estrutura básica ser formada por um eletrodo de metal conectado a uma camada de óxido isolante que, por sua vez, é depositada sobre um substrato de silício. Os transistores construídos na técnica MOS são transistores por efeito de campo (field-effect transistor) chamados, por conseguinte de MOSFETs. As principais vantagens do MOSFET residem nos fatos de ser relativamente simples, de ter um custo de fabricação bem baixo, ser pequeno e consumir muito pouca potência. Além disso, o MOS ocupa muito menos espaço no chip do que os transistores bipolares (aproximadamente, 50 vezes menos espaço). Um outro aspecto muito importante sobre a tecnologia MOS é o fato de seus CIS não usarem resistores na sua construção. Os resistores tomam parte da área de chip ocupada pelos CIs bipolares. A alta densidade de integração dos CIs MOS permite a construção de sistemas de alta confiabilidade, em virtude da redução no número de conexões externas necessárias à implementação de determinada função lógica.
A principal desvantagem da técnica MOS é a velocidade de operação relativamente baixa de seus componentes, se comparada com as apresentadas por componentes das famílias bipolares. As famílias MOS são mais lentas na operação, requerem muito menos potência, têm uma margem de ruído melhor, uma faixa de tensão maior, e um fan-out também maior (o fan-out da família CMOS é completamente ilimitado, sendo restrito apenas por atrasos e considerações sobre o tempo de subida). Além disso, requer menos espaço.
Obs: A lógica MOS é especialmente susceptível a danos causados pela eletricidade estática, enquanto que as famílias bipolares não são tão afetadas.

Lógica CMOS
CMOS significa Complementary Metal Oxide semicondutor (Semicondutor de Óxido-Metal Complementar). As características principais desta família são:
· reduzido consumo de corrente (baixa potência);
· alta imunidade a ruídos;
· uma faixa de alimentação que se estende de 3V a 15V ou 18V dependendo do modelo processo de fabricação do CMOS mais simples que do TTL, possuindo também uma densidade de integração maior, porém são mais lentos do que os TTL, apesar da nova série CMOS de alta velocidade competir em pé de igualdade com as séries TTL 74 e 74LS.
A família CMOS possui, também, uma determinada faixa de tensão para representar os níveis lógicos de entrada e de saída, porém estes valores dependem da tensão de alimentação e da temperatura ambiente.

Compatibilidade: Ao contrário da família TTL, que é produzida com as mesmas características elétricas por todos os fabricantes, a CMOS, embora padronizada em sua numeração, apresenta grandes variações na capacidade de saída e velocidade de operação, de um fabricante para outro. Algumas vezes, até as funções são diferentes e incompatíveis, com o que se deve ter muito cuidado.

Transistor-Transistor Logic (TTL)
TTL significa Transistor-Transistor Logic (Lógica Transistor-Transistor). A tensão de alimentação se restringe a 5V contínuos, tendo, porém, uma faixa de tensão correspondente aos níveis lógicos 0 e 1.

Observação: Quando não desejamos utilizar uma determinada entrada de um circuito TTL deixá-la desconectada não é a melhor opção, pois esta agira como uma antena, captando sinais espúrios que podem fazer com que o circuito opere indevidamente. O ideal é conectá-la a uma tensão de +5V, através de um resistor de alta potência, 1KW, por exemplo, forçando o nível lógico 1 nessa entrada. O resistor serve apenas para proteger a entrada, em caso de correntes elevadas serem geradas, em função de picos de tensão na fonte de energia.

A família TTL foi originalmente desenvolvida pela TEXAS Instruments, mas hoje, muitos fabricantes de semicondutores produzem seus componentes. Esta família é principalmente reconhecida pelo fato de ter duas séries que começam pelos números 54 para os componentes de uso militar e 74 para os componentes de uso comercial. Os CIs da série TTL 74-padrão oferecem uma combinação de velocidade e potências consumidas adequadas a um grande número de aplicações.
Entre os Cis desta série, podemos encontrar uma ampla variedade de portas lógicas, flip-flops, construídos segundo a tecnologia SSI, além de registradores de deslocamento, contadores, decodificadores, memórias e circuitos aritméticos, construídos com a tecnologia MSI.

Compatibilidade entre as subfamílias: Um ponto importante que deve ser levado em conta quando trabalhamos com a família Padrão (Standard) e as subfamílias TTL é a possibilidade de interligarmos os diversos tipos. Isto realmente ocorre, já que todos os circuitos integrados da família TTL e também das subfamílias são alimentados com 5V. Devemos observar, e com muito cuidado, que as correntes que circulam nas entradas e saídas dos componentes das diversas subfamílias são completamente diferentes.

Variantes tecnológicas

Versões dentro das famílias TTL e CMOS
Família	Versão	Descrição
TTL	L	Low Power – baixo consumo
TTL	S	Schottky – maiores freqüências de funcionamento
TTL	LS	Low Power Schottky – menor consumo e maior velocidade
CMOS	HC	High-Speed CMOS – maior velocidade
CMOS	HCT	HC com compatibilidade de pinos com TTL

Família	Potência (mW)	Tempo de Atraso (ns)	Imunidade a ruído (V)	Fan Out
DTL	10	30	0,8	7
RTL	10	12	Alta	5
DCTL	Baixa		Baixa	2
TTL	10	33	1	10
TTL (F)	4	2,7	1	10
TTL (S)	13	3	1	10
TTL (LS)	2	10	1	10
ECL	500	3	Baixa
MOS	10	300	Alta	20
CMOS	10	60	Alta	50

Versões dentro das famílias TTL e CMOS