
La serie 7400 es una familia lógica popular de circuitos integrados (CI) de lógica transistor-transistor (TTL) . [ 3 ]
En 1964, Texas Instruments presentó la serie SN5400 de chips lógicos, en un encapsulado de semiconductor cerámico . En 1966 se introdujo la serie SN7400, con un encapsulado de plástico de bajo costo, que rápidamente obtuvo más del 50% del mercado de chips lógicos y, finalmente, se convirtió en un estándar de facto para los componentes electrónicos. [ 4 ] [ 5 ] Desde la introducción de los componentes TTL originales de transistores bipolares, se introdujeron componentes compatibles con pines con características como tecnología CMOS de bajo consumo y voltajes de alimentación más bajos . Existen encapsulados de montaje superficial para varias funciones populares de familias lógicas. [ 6 ]
Descripción general
La serie 7400 contiene cientos de dispositivos que ofrecen desde puertas lógicas básicas , biestables y contadores, hasta transceptores de bus de propósito especial y unidades aritmético-lógicas (ALU). Las funciones específicas se describen en una lista de circuitos integrados de la serie 7400. Algunos componentes TTL se fabricaron con un rango de temperatura extendido según especificaciones militares. Estos componentes llevan el prefijo 54 en lugar de 74 en el número de pieza. Los prefijos menos comunes 64 y 84 en los componentes 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.
Actualmente, las versiones CMOS de montaje superficial de la serie 7400 se utilizan en diversas aplicaciones electrónicas y para lógica de interconexión en ordenadores y electrónica industrial. Los dispositivos originales de orificio pasante en encapsulados DIP/DIL fueron la base de la industria durante muchas décadas. Son útiles para la creación rápida de prototipos en placas de pruebas y para la enseñanza, 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 exclusivamente de montaje superficial .

El primer número de pieza de la serie, el 7400, es un circuito integrado de 14 pines que contiene cuatro compuertas NAND de dos entradas . Cada compuerta utiliza dos pines de entrada y uno de salida, mientras que los dos pines restantes son para alimentación (+5 V) y tierra. Este componente se fabricó en diversos encapsulados de montaje superficial y de orificio pasante, incluyendo encapsulados planos y de plástico/cerámica de doble línea. Los caracteres adicionales en el número de pieza identifican el encapsulado y otras variantes.
A diferencia de los circuitos integrados lógicos de transistor-resistencia más antiguos , las compuertas 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 de multivibradores monoestables . Las compuertas inversoras podían conectarse en cascada como un oscilador de anillo , útil para aplicaciones donde no se requería alta estabilidad.
Historia
Aunque la serie 7400 fue la primera familia lógica TTL estándar de facto de la industria (es decir, adoptada por varias empresas de semiconductores), existieron familias lógicas TTL anteriores, tales como:
- Lógica universal de alto nivel de Sylvania en 1963 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
- Motorola MC4000 MTTL [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
- National Semiconductor DM8000 [ 14 ]
- Serie Fairchild 9300 [ 15 ] [ 16 ]
- Signetics 8200 y 8T00 [ 13 ] [ 15 ] [ 17 ]
La puerta NAND cuádruple de 2 entradas 7400 fue el primer producto de la serie, presentado por Texas Instruments en un paquete plano metálico de grado militar (5400W) en octubre de 1964. La asignación de pines de esta primera serie difería del estándar de facto establecido por la serie posterior 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 DIP de plástico de grado comercial extremadamente popular (7400N) le siguió en el tercer trimestre de 1966. [ 18 ]
Las series 5400 y 7400 se utilizaron en muchos miniordenadores populares de los años 70 y principios de los 80. Algunos modelos de los miniordenadores de la serie DEC PDP utilizaban la ALU 74181 como elemento principal de procesamiento 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 del SN5400 (grado militar, en paquete plano soldado con cerámica ) era de alrededor de 22 USD . [ 19 ] A partir de 2007, los chips individuales de grado comercial en paquetes de epoxi moldeado (plástico) se pueden comprar por aproximadamente US$0,25 cada uno, dependiendo del chip en particular.

Chip SN7400 en su encapsulado plano original, fabricado por TI.
Esquema de una puerta NAND en un circuito integrado 74H00 ( el transistor Darlington es visible a la derecha).
Esquema de una puerta lógica en un 7400
Esquema de una puerta lógica en un 74LS00
Esquema de una puerta en un 74ALS00- Comparación de tamaño del 74HC00 en encapsulado DIP frente a TSSOP.
Familias

Los componentes de la serie 7400 se fabricaron con transistores bipolares de unión (BJT), lo que da lugar a la lógica transistor-transistor o TTL . Las series más recientes, más o menos compatibles en función y nivel lógico con los componentes originales, utilizan tecnología CMOS o una combinación de ambas ( BiCMOS ). Originalmente, los circuitos bipolares ofrecían mayor velocidad, pero consumían más energía que los dispositivos CMOS de la serie 4000. Además, los dispositivos bipolares están limitados a una tensión de alimentación fija, normalmente de 5 V, mientras que los componentes CMOS suelen admitir un rango de tensiones de alimentación.
Los dispositivos con certificación Milspec para uso en condiciones de temperatura extrema están disponibles en la serie 5400. Texas Instruments también fabricó dispositivos resistentes a la radiación con el prefijo RSN , y la compañía ofreció chips desnudos con terminales de haz para su integración en circuitos híbridos con la designación de prefijo BL . [ 20 ]
También estuvieron disponibles durante un tiempo componentes TTL de velocidad regular en la serie 6400 ; estos tenían un rango de temperatura industrial extendido de −40 °C a +85 °C. Si bien empresas como Mullard enumeraron componentes compatibles con la serie 6400 en hojas de datos de 1970, [ 21 ] para 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 regulares de la serie 7400 con un prefijo o sufijo para indicar el grado de temperatura.
Dado que los circuitos integrados de la serie 7400 se fabricaban con diferentes tecnologías, generalmente se mantenía la compatibilidad con los niveles lógicos TTL y las tensiones 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 bipolares de unión (BJT), pero se conservan números de pieza similares para identificar funciones lógicas similares y compatibilidad eléctrica (tensión de alimentación y E/S) en las diferentes subfamilias.
Más de 40 subfamilias lógicas diferentes utilizan este esquema estandarizado de numeración de piezas. [ 6 ] Los encabezados de la siguiente tabla son: V cc – tensión de alimentación; t pd – retardo máximo de puerta; I OL – corriente máxima de salida en nivel bajo; I OH – corriente máxima de salida en nivel alto; t pd , I OL e I OH se aplican a la mayoría de las puertas de una familia determinada. Las puertas 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.
- 1 2 Se muestran los parámetros para la puerta NAND de 2 entradas (74x00 o 74x1G00) a V cc = 5 V, T a = 25 °C, C L = 50 pF.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 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 ]
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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 ]
- 1 2 3 4 5 6 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 ]
- ↑ Se muestran los parámetros para la puerta NAND de 2 entradas (74x00 o 74x1G00) a V cc = 3,3 V, T a = 25 °C, C L = 50 pF.
- 1 2 3 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 la tensión de alimentación cae por debajo de un cierto umbral. [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]
- ↑ No existen compuertas simples en estas familias. Los parámetros corresponden a un transceptor (74x245, 74x16245 o similar).
- 1 2 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), cuyos umbrales de entrada son compatibles con señales CMOS TTL y 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 nivel alto sean al menos el 70 % de Vcc y las de nivel bajo 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, pero 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 varios 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, dado que necesitan reemplazos exactos, Lansdale Semiconductor aún la produce. [ 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 menor disipación de potencia que la familia 74 original; se convirtió en la variante más popular una vez que estuvo ampliamente disponible. Muchos circuitos integrados 74LS se encuentran en microcomputadoras y dispositivos electrónicos de consumo digitales fabricados en las décadas de 1980 y principios de 1990.
La familia 74F fue presentada por Fairchild Semiconductor y adoptada por otros fabricantes; es más rápida que las familias 74, 74LS y 74S.
A finales de los años 80 y durante los años 90 se introdujeron versiones más recientes de esta familia para admitir los voltajes de funcionamiento más bajos utilizados en los dispositivos de CPU más nuevos .
Numeración de piezas



Los esquemas de numeración de piezas variaban según el fabricante. Los números de pieza para los dispositivos lógicos de la serie 7400 suelen utilizar los siguientes designadores:
- A menudo, primero aparece 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 único fabricante; por ejemplo, Fairchild Semiconductor fabrica piezas con prefijos MM y DM, y también sin prefijos. Ejemplos:
- SN: Texas Instruments utilizando un procesador comercial
- SNV: Texas Instruments utiliza procesamiento militar
- M: ST Microelectronics
- DM: National Semiconductor
- UT: Cobham PLC
- SG: Sylvania
- RD: RIFA AB
- Dos dígitos para el rango de temperatura. Ejemplos:
- 54: rango de temperatura militar
- 64: serie histórica de corta duración con un 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 potencia
- HCT: CMOS de alta velocidad compatible con TTL
- Dos o más dígitos asignados arbitrariamente que identifican la función del dispositivo. Existen cientos de dispositivos diferentes en cada familia.
- Se pueden añadir letras y números como sufijos adicionales para indicar el tipo de envase, el grado de calidad u otra información, pero esto varía mucho según el fabricante.
Por ejemplo, "SN5400N" significa que la pieza es un circuito integrado de la serie 7400, probablemente fabricado por Texas Instruments ("SN" significa originalmente "Red de semiconductores" [ 104 ] ) utilizando procesamiento comercial, tiene una clasificación de temperatura militar ("54") y es de la familia TTL (ausencia de un designador de familia), y su función es la puerta NAND cuádruple de 2 entradas ("00") implementada en un paquete DIP de plástico de orificio pasante ("N").
Muchas familias lógicas mantienen un uso consistente de los números de dispositivo como ayuda para los diseñadores. A menudo, se podía sustituir un componente de una subfamilia 74x00 diferente (" reemplazo directo ") en un circuito, con la misma función y distribución de pines, pero con características más adecuadas para una aplicación (quizás velocidad o consumo de energía), lo que fue una parte importante del atractivo de la serie 74C00 sobre la serie competidora CD4000B , por ejemplo. Pero existen algunas excepciones donde se produjeron incompatibilidades (principalmente en la distribución de pines ) entre las subfamilias, tales como:
- algunos dispositivos de paquete plano (por ejemplo, 7400W) y dispositivos de montaje en superficie,
- algunas de las series CMOS más rápidas (por ejemplo, 74AC),
- Algunos dispositivos TTL de baja potencia (por ejemplo, 74L86, 74L9 y 74L95) tienen una distribución de pines diferente a la de la parte de la serie regular (o incluso 74LS). [ 105 ]
- Cinco versiones del 74x54 ( circuito integrado de compuertas AND-OR-INVERSOR de 4 vías ), a saber, 7454(N), 7454W, 74H54, 74L54W y 74L54N/74LS54, son diferentes entre sí en la disposición de pines y/o la función, [ 106 ]
Segundas fuentes procedentes de Europa y del Bloque del Este.



Algunos fabricantes, como Mullard y Siemens, tenían componentes TTL compatibles en cuanto a pines , pero con un esquema de numeración completamente diferente; sin embargo, las hojas de datos identificaban el número compatible con el 7400 como ayuda para su identificación.
En la época 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 componentes que comenzaban con FJ. Algunos ejemplos de la serie FJ son:
- FJH101 (=7430) puerta NAND simple de 8 entradas,
- FJH131 (=7400) compuerta NAND cuádruple de 2 entradas,
- FJH181 (=7454N o J) Compuerta AND-OR-NOT de 2+2+2+2 entradas.
La Unión Soviética comenzó a fabricar circuitos integrados TTL con la configuración de pines de la serie 7400 a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, como el K155ЛA3, que era compatible con la pieza 7400 disponible en Estados Unidos, excepto por el uso de un espaciado métrico de 2,5 mm entre pines en lugar del espaciado de 0,1 pulgadas (2,54 mm) entre pines utilizado en Occidente. [ 107 ] Otra peculiaridad de la serie 7400 de fabricación soviética era el material de encapsulado utilizado en las décadas de 1970 y 1980. En lugar de la omnipresente resina negra, tenían un color marrón verdoso con sutiles marcas en espiral creadas durante el proceso de moldeo. En la industria electrónica del Bloque del Este se le conocía jocosamente como el "embalaje de estiércol de elefante", debido a su apariencia.
La designación de los circuitos integrados soviéticos es diferente de la serie occidental:
- Las modificaciones tecnológicas se consideraron series diferentes y se identificaron mediante diferentes prefijos numéricos: la serie K155 es equivalente a la 74 estándar, la serie K555 es la 74LS, la K1533 es la 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 un chip: LA1/LA2/LA3 (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. Por ejemplo: 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 ) utilizaba 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 que seguía al grupo funcional coincidía con su equivalente occidental. La serie se añadía 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 esquema 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 los prefijos de fabricante UCA para las series 5400 y 6400, y UCY para la serie 7400. Ejemplos: UCA6400, UCY7400. Cabe destacar que los circuitos integrados con el prefijo MCY74 corresponden a la serie 4000 (por ejemplo, MCY74002 corresponde a la serie 4002 y no a la 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 Oriental ( HFO ) también utilizó la numeración 7400 recortada sin prefijo ni sufijo del fabricante. El prefijo D (o E) designa el circuito integrado digital, no al fabricante. Ejemplo: D174 es 7474. Los clones 74LS se designaban con el prefijo DL; por ejemplo, DL000 = 74LS00. En años posteriores, también se comercializaron clones fabricados en Alemania Oriental con números estándar 74*, generalmente para exportación. [ 113 ]
Se disponía de varias tecnologías diferentes procedentes de la Unión Soviética, [ 107 ] [ 114 ] [ 115 ] [ 116 ] [ 108 ] Checoslovaquia, [ 117 ] [ 110 ] Polonia, [ 108 ] [ 110 ] y Alemania Oriental. [ 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 original de paquetes planos de Texas Instruments, es decir, tierra en el pin 11 y alimentación en el pin 4.
Hacia 1990, la producción de lógica estándar cesó en todos los países de Europa del Este, excepto en la Unión Soviética y, posteriormente, en Rusia y Bielorrusia . A partir de 2016, las series 133, K155, 1533, КР1533, 1554, 1594 y 5584 estaban en producción 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, K1564, КР1564 en "NZPP", [ 122 ] 1564, K1564 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 la serie 5514БЦ1, 54AC como la serie 5514БЦ2 y 54LVC como la serie 5524БЦ2. [ 126 ] A partir de 2024, las series 133, 136 y 1533 están en producción en Kvazar Kyiv en Ucrania. [ 127 ]
Véase también
- Componente electrónico
- Puerta lógica , familia lógica
- Lista de circuitos integrados de la serie 7400
- Circuitos integrados de la serie 4000
- Lista de circuitos integrados de la serie 4000
- Circuito integrado lineal
- Lista de circuitos integrados lineales
- Lista de circuitos integrados de la serie LM
- Salida push-pull
- Salida de colector abierto/drenador
- Salida de tres estados
- Entrada del disparador Schmitt
- Dispositivo lógico programable
- Compatibilidad de pines
Referencias
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Further reading
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- Digital Logic Pocket Data Book (2007, 794 pages), Logic Reference Guide (2004, 8 pages), Logic Selection Guide (1998, 215 pages)
- Little Logic Guide (2018, 25 pages), Little Logic Selection Guide (2004, 24 pages)
- Toshiba
- General-Purpose Logic ICs (2012, 55 pages)
External links
- Understanding 7400-series digital logic ICs - Nuts and Volts magazine
- Thorough list of 7400-series ICs - Electronics Club
- circuitos integrados
- electrónica digital
- Presentaciones de 1964