FLIP-FLOPS CONSTRUIDOS CON COMPUERTAS DE TRANSMISIÓN E INVERSORES

En la lección anterior se estudió la composición interna de los flip-flops, en donde se observó que las compuertas lógicas son la base para la construcción de estos dispositivos, sin embargo, es posible construir los flip-flops de otra manera, mediante el uso de compuertas de transmisión e inversores, de los cuales se dará una introducción sobre su funcionamiento.

Los cerrojos y flip-flops generalmente se contruyen empleando dos tipos de tecnología:

• Tecnología TTL: Logica de Transistor a Transistor. Esta tecnología, hace usos de resistencias, diodos y transistores bipolares para obtener funciones lógicas estándar.
• Tecnología CMOS: Logica MOS Complementaria. Esta tecnología, hace uso básicamente de transistores de efecto de campo NMOS Y PMOS.

Cuando se habla de compuertas de transmisión e inversores generalmente se trata de circuitos construidos con tecnología CMOS, sin embargo, en otras tecnologías hay disponibles dispositivos que realizan la misma función. En esta lección se hará referencia a los conceptos segun tecnología CMOS.

Inicialmente se verá que son las compuertas de transmisión e inversores y al final de la lección se indicaran dos modelos de flip-flops que se pueden construir con estos dos componentes.

Inversores

Existen diversas formas de construir un inversor, ya sea con transistores bipolares, o con trnasistores de tecnología MOS. Dentro de esta última tecnología encontramos los inversores NMOS y PMOS.

Inversor NMOS

En la figura 5.6.4 se observa una forma de implementar este dispositivo mediante el uso de un transistor NMOS

Figura 5.6.4. Inversores NMOS

Cuando la tensión de la compuerta (V_ENT) esta en alto (1 lógico) el transistor entra en conducción, haciendo que el transistor se ponga en baja impedancia dando como resultado que la salida (V_SAL) se establesca en bajo (0 lógico).

En los integrados generalmente la resistencia es reemplazada por un transistor. La razón por la cual se reemplaza se debe básicamente a que la resistencia ocupa mas espació dentro del encapsulado que un transistor, por la cual se prefiere emplear unicamente trasistores para construir los inversores. En la figura 5.6.4 se indica la configuración del inversor empleando dos transistores MOS de canal N.

Inversor CMOS

Este tipo de inversor construido con lógica Complementaria MOS. tiene una ventaja con relación al anterior, y se debe a que no consume corriente en ninguno de sus dos estados (alto o bajo). En la figura 5.6.5 se muestra la configuración del inversor CMOS.

Figura 5.6.5. Inversor CMOS

Como es de observar los trasistores operan de forma complementaria. Cuando la tensión de entrada se encuentra en alto (1 lógico), el transistor NMOS entra en estado de conducción y el transistor PMOS entra en corte, haciendo que la salida quede en bajo (0 lógico). La situación inversa ocurre cuando la tensión de entrada se encuentra en bajo.

Compuertas de Transmisión

La compuerta de transmisión es un dispositivo empleado como interruptor. Generalmente se emplean transistores para cumplir la función de interrupción y existen compuertas en tecnología NMOS, PMOS y CMOS. En la figura 5.6.6 se muestra la configuración interna de una cumpuesta CMOS. 

Figura 5.6.6. Compuertas de transmisión CMOS

Flip-Flops

Existen varias formas de diseñar y construir flip-flops según lo visto en las lecciones anteriores en los dispositivos vistos en las secciones anteriores. Entre ellas los flip-flop pueden construirse con compuertas lógicas, mediante la utilización de los cerrojos maestro y esclavo vistos en la Lección: Flip-flops de este capítulo, sin embargo, es posible construir flips-flops usando compuertas de transmisión e inversores, que funcionan de forma similar controlando y almacenando datos. En la figura 5.6.7 se ilustra el circuito de un flip-flop Dmaestro/esclavo construido con compuertas de transmisión e inversores CMOS. Por comodidad las compuertas de transmisión CMOS se muestran en su representación abreviada.

Figura 5.6.7. Flip-flop D construido con compuertas de transmisión e inversores.

En la figura 5.6.8 se ilustra otra configuración para este flip-flop que físicamente en el chip ocupa menos espacio pero que maneja tiempos de propagación mas prolongados dentro del circuito.

Figura 5.6.8. Flip-flop D con inversores CMOS

Los flip-flops construidos de esta forma tienen algunas ventajas con respecto a aquellos contruidos con compuertas lógicas, entre las que se pueden mencionar las siguientes:

• El tamaño de los circuitos de los flip-flops construidos con compuertas de transmisión e inversores es mas reducido.
• La velocidad de propagación de los datos es menor.
• Permiten integrar mas dispositivos en un mismo circuito integrado.
• Disipan menos potencia durante su operación.
• El costo de diseño y construcción es menor.

Se plantea como ejercicio para esta lección hacer un análisis sobre el funcionamiento de estos flip-flops y comprobar como se transmite la información desde D hasta Q.