puerta NAND

Una puerta NAND es un circuito lógico digital que emite una señal baja (lógica 0) solo cuando todas sus entradas están simultáneamente en alto (lógica 1). En cualquier otra combinación de entradas, la salida se pone en alto. El nombre proviene directamente de su función: realiza la operación NO de una operación AND. Con dos entradas, una puerta NAND produce una salida baja solo cuando ambas entradas están en alto; con tres entradas, solo cuando las tres están en alto; y así sucesivamente.

Las puertas NAND son la base de la electrónica digital porque son funcionalmente completas. Utilizando solo puertas NAND, se puede construir cualquier otra puerta lógica, flip-flop, sumador, multiplexor o circuito procesador. Esto hace que las puertas NAND sean enormemente valiosas para los diseñadores de chips, quienes pueden estandarizar la fabricación en torno a un solo tipo de puerta y aun así construir cualquier función lógica requerida. La mayoría de los microprocesadores y chips de memoria modernos dependen de millones o miles de millones de puertas NAND como sus bloques de construcción básicos.

La implementación física varía según la tecnología. En la lógica de transistor bipolar (TTL), una puerta NAND utiliza transistores en una configuración específica para lograr el comportamiento de voltaje requerido. En la tecnología CMOS, que domina los chips modernos, las puertas NAND utilizan pares complementarios de transistores de óxido metálico-semiconductor para minimizar el consumo de energía. Una puerta NAND CMOS de dos entradas típicamente contiene cuatro transistores: dos dispositivos de canal p en serie a la tensión de alimentación y dos dispositivos de canal n en paralelo a tierra.

Rendimiento y uso práctico

El retardo de propagación, el tiempo entre el cambio de entrada y el cambio de salida, generalmente varía desde unos pocos nanosegundos en CMOS moderno hasta decenas de nanosegundos en TTL más antiguo. El consumo de energía por puerta en CMOS es insignificante en reposo, pero aumenta con la frecuencia de conmutación. Al diseñar circuitos, los ingenieros deben tener en cuenta el fan-out (cuántas puertas puede accionar una sola salida) y el fan-in (el número de entradas que puede aceptar una puerta), los cuales afectan la velocidad y la fiabilidad del circuito.

Las puertas NAND aparecen en forma discreta como circuitos integrados, siendo los más comunes el 7400 quad NAND gate en TTL y el 4011 en CMOS, ambos con cuatro puertas independientes de dos entradas en un solo encapsulado de 14 pines. Los aficionados y técnicos los utilizan para circuitos lógicos simples y prototipos. En el silicio de producción, las puertas NAND se fusionan sin problemas en bloques funcionales más grandes, su identidad individual es invisible para el usuario, pero sus operaciones lógicas siguen funcionando en su núcleo.