Circuitos integrados lógicos TTL y CMOS: los edificios de la revolución
Al iniciar hoy un nuevo proyecto de electrónica, una de las primeras cosas que solemos hacer es elegir los circuitos integrados que constituyen el núcleo del diseño. Esto puede ser cualquier cosa, desde un microcontrolador y varios circuitos integrados de controlador hasta pulverizar MOSFET, amplificadores operacionales y posiblemente algunos circuitos integrados lógicos de la serie 7400 o 4000 para conectar cosas. Sin embargo, no ha pasado tanto tiempo desde que este alto nivel de integración y miniaturización ha estado firmemente en la realidad de la ciencia ficción, con incluso los módulos NORBIT que parecen futuristas.
Comenzando con la construcción del primer transistor de contacto puntual en 1947 y el transistor de unión bipolar (BJT) en 1948 en Bell Labs, el mundo electrónico pronto vería el comienzo de su mayor transformación hasta ese punto. Sin embargo, debido a las interesantes circunstancias geopolíticas del siglo XX, esto condujo a una situación fascinante de desarrollo paralelo, copia obvia de diseños y una de las historias más fascinantes en la historia de la tecnología a ambos lados del Telón de Acero.
Esmorgasbord de nueva técnica
Una puerta NOR dual de 3 entradas implementada en RTL como se usa en la computadora de guía Apollo. (Crédito: NASA)
Después de la invención del transistor, por supuesto, no fue una cuestión simple simplemente pegar algunos transistores en un dado de silicio para crear puertas lógicas, ponerlo en un paquete de plástico (o cerámica) y dominar el mundo de la electrónica digital.
El primer enfoque factible para crear puertas lógicas con transistores a principios de la década de 1960 fue la lógica de transistores de resistencia (RTL), que limitaba la cantidad de transistores necesarios. En ese momento, las resistencias eran más baratas y los transistores aún eran difíciles de fabricar. Este enfoque se utilizó con la computadora de guía Apollo, que se construyó utilizando puertas NOR discretas de 3 entradas basadas en RTL.
La tecnología de circuito de lógica de transistor de diodo (DTL) de la competencia tenía las ventajas de usar menos energía y permitir significativamente más entrada de ventilador (la cantidad de entradas admitidas a un circuito), así como un aumento de ventilador relativamente fácil (número). de salidas) utilizando diodos y transistores adicionales. Una desventaja de DTL era que el retardo de propagación a través de un circuito es relativamente largo debido a la carga almacenada en la región base de los transistores.
Esto llevó a varios intentos de controlar este problema de saturación, incluido un condensador adicional, un soporte Baker y el transistor Schottky. A principios de la década de 1960 se produjo el lanzamiento de chips lógicos basados en DTL, con la serie SE100 de Signetics, seguida de Fairchild con la serie DTμL (micrología) de la serie 930. Después de DTL estaba la lógica de transistor a transistor (TTL), que es bastante similar a DTL, pero como su nombre indica, usa solo transistores.
Los primeros chips de micrología TTL producidos comercialmente fueron el Universal High-Logic Level (SUHL) de Sylvania y la serie sucesora SUHL II. Texas Instruments (TI) lanzaría la serie 5400 TTL para aplicaciones militares en 1964, y dos años más tarde se lanzaría la serie 7400 para aplicaciones generales.
Algo en paralelo, la lógica de emisor acoplado (ECL) también tuvo un éxito continuo en la década de 1980. La principal ventaja de ECL sobre enfoques como RTL y DTL, así como TTL, es que ECL es muy rápido debido a su naturaleza de seguimiento del transmisor, utilizando un solo transistor bipolar de sobremarcha (BJT). El diseño es tal que ninguno de los transistores utilizados está nunca saturado, con pequeñas oscilaciones de voltaje entre niveles altos y bajos (0,8 V) que permiten tiempos de conmutación relativamente rápidos.
Aunque ECL tiene las desventajas de requerir fuentes de alimentación relativamente complicadas con poco ruido y consumir corriente constante, sus altas velocidades de conmutación lo han convertido en una opción obvia en computadoras convencionales y otras aplicaciones donde la velocidad ha sido el factor más importante. Esto incluyó la supercomputadora Cray-1, así como una variedad de computadoras IBM y VAX.
Esto contrasta con el desarrollo del MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico), que vio sus principios de funcionamiento básicos ya propuestos en 1926, pero tardó mucho más en estar listo para la comercialización que el BJT, aunque los MOSFET ofrecen un tamaño y escala significativos. ventajas sobre estos. Sin embargo, cuando la tecnología MOS estuvo lista para la producción en masa a fines de la década de 1960, provocó una pequeña revolución que habilitó no solo los chips lógicos CMOS de la serie 4000 todavía comunes (lanzados por RCA en 1968), sino también los microprocesadores que operaban en el hogar. revolución informática de la década de 1970.
Control con la CIA
Probablemente poco de la historia anterior sea desconocida para un lector común, pero lo que interesa es el desarrollo de estas tecnologías en la Unión Soviética y naciones aliadas. Debido a que esta parte del mundo ha mantenido relaciones poco amistosas con Estados Unidos y sus aliados desde la década de 1940, ha sido abandonada en gran medida por la gran revolución de los semiconductores que tuvo lugar principalmente en Estados Unidos.
Básicamente, esto significaba que el equipo de producción y el conocimiento para la producción de transistores y MOSFET estaban bajo un embargo estricto, y los países de la ONU tenían prohibido exportar dichos artículos a la Unión Soviética y territorios aliados. Cuando miramos un documento de alto secreto de la CIA de 1976 (desclasificado en 1999) titulado La URSS busca construir una industria de semiconductores avanzada con maquinaria occidental embargada, podemos tener una buena impresión de cuál era la situación en ese momento.
Incluso cuando Estados Unidos, Europa y Japón expandieron sus respectivas industrias de semiconductores, la Unión Soviética se quedó significativamente atrás. Aunque el liderazgo soviético reconoció la enorme ventaja táctica que les daría la tecnología de semiconductores moderna, esta no era una desventaja que pudieran superar fácilmente. Esto llevó a un intento a gran escala por parte de la Unión Soviética de importar ilegalmente maquinaria occidental para la fabricación de semiconductores de vanguardia y copiar cualquier tecnología que pudieran tener en sus manos.
Las alegrías de los estándares
Cuatro circuitos integrados TTL: Checoslovaco MH74S00, Texas Instruments SN74S251N, Alemania del Este DL004D (74LS04), K155LA13 soviético (7438).
Parte del resultado de esto se puede encontrar en los muchos circuitos integrados lógicos que son compatibles con los circuitos integrados TTL lógicos de la serie 7400. Mientras que los fabricantes europeos seguirían el esquema de denominación Pro Electron (por ejemplo, FJH101 para la puerta NAND de 8 entradas 7403), los fabricantes soviéticos y, hasta cierto punto, del Bloque del Este utilizaron el esquema de denominación IC soviético. Esto comenzó con el estándar NP0.034.000 en 1968, que vio su primera actualización en 1973 con GOST 18682—73.
En el caso de los chips lógicos IC producidos para el mercado soviético, es notable que utilizan un espaciado de pines métrico (2,5 mm y 1,2 mm) en lugar de imperial (2,54 mm y 1,27 mm). En países del Bloque del Este, como Checoslovaquia, Polonia y la República Democrática Alemana, se utilizaron varios esquemas de nombres de CI, y muchos de ellos coincidieron con el equivalente occidental. En la República Democrática Alemana, por ejemplo, existían tres series compatibles 7400 - 6400, 7400 y 8400 - cada una dirigida a un mercado diferente con diferentes rangos de temperatura y otras características.
Prefijos de chips lógicos de la serie 7400 de Europa del Este.
Aún más confuso, los chips lógicos indicados para la exportación se marcarían a veces con el nombre 7400 al estilo estadounidense. El uso de letras cirílicas en lugar de caracteres latinos también puede ser muy confuso, especialmente cuando los caracteres cirílicos y latinos son similares. La producción continuada de esta serie de circuitos integrados lógicos después de la disolución de la Unión Soviética en 1991 en semiconductores que pueden no ofrecer la impresión de caracteres cirílicos, lo que obliga al uso de caracteres romanizados, confundió aún más la designación aquí.
Transformando hierro en silicio
Vidriera con el emblema de la empresa checoslovaca Tesla Radio en Pasáž Světozor, Vodičkova ulice, Praga. (Crédito: František Hudeček)
Para las personas que vivían en la Unión Soviética o en cualquiera de sus países satélites, gran parte de la revolución tecnológica de los años sesenta a los ochenta pasó en gran parte desapercibida. Debido a la falta de capacidad de producción de semiconductores en la URSS, los circuitos integrados que se produjeron se han abierto camino en gran medida en equipos militares y relacionados, dejando circuitos integrados más pequeños y obsoletos para el ciudadano medio, lo que también ha dado como resultado que la tecnología de válvulas sobreviva en la URSS durante décadas. . gran parte de Occidente.
Sin embargo, con la caída de la Unión Soviética, todo esto cambió. Con los embargos contra la Unión Soviética ya no válidos, los bienes de consumo llenos de CI occidentales inundaron los mercados de Europa del Este y Rusia, provocando la rápida desaparición de empresas como la checoslovaca Tesla, que producía casi todos los productos electrónicos para el mercado local allí. .
Los contratos militares y otros contratos a largo plazo aseguraron que tanto el esquema de nomenclatura de los CI soviéticos como los CI especiales sobrevivieran hasta el día de hoy, pero los emocionantes días de espía contra espía de la Guerra Fría han pasado, dejando atrás una historia extrañamente dividida que sin duda será . confundir a muchos en las próximas décadas.
[Heading image: The TU60 (timer circuit) part of 60-series NORBIT 2 family next to a CMOS integrated circuit. (Credit: Mister rf)]
