Τα ψηφιακά κυκλώματα κατασκευάζονται με ολοκληρωμένα κυκλώματα. Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (συντομογραφία IC) αποτελείται από μια φέτα ημιαγωγού (chip) πάνω στην οποία υπάρχουν ηλεκτρονικά στοιχεία για τις ψηφιακές πύλες. Οι διάφορες πύλες συνδέονται μέσα στο chip για να σχηματίσουν το απαιτούμενο κύκλωμα. Το chip τοποθετείται σε ένα κεραμικό ή πλαστικό περίβλημα και συγκολλούνται οι επαφές του chip με τους ακροδέκτες της συσκευασίας για να σχηματιστεί έτσι το IC.

Κάθε IC έχει μια αριθμητική ένδειξη τυπωμένη στην επιφάνεια του περιβλήματος για να αναγνωρίζεται. Μια συνηθισμένη μορφή ολοκληρωμένου κυκλώματος φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα. Αυτή την μορφή IC οι κατασκευάστριες εταιρείες ονομάζουν «ανάπτυγμα ακροδεκτών σε δυο γραμμές (dual in-line package DIP)»

Κινούμενοι αριστερόστροφα από την εικονιζόμενη εγκοπή στο IC βρίσκουμε τον ακροδέκτη 1. Οι ακροδέκτες αριθμούνται με αύξοντα τρόπο από την τιμή 1 βλέποντας το IC από πάνω. Μια άλλη μέθοδος για την εύρεση του ακροδέκτη 1 είναι η τοποθέτηση μιας τελείας.

Τα ολοκληρωμένα DIP έχουν μακρύτερους ακροδέκτες, οι οποίοι εισάγονται μέσα σε οπές που ανοίγονται με ένα μικρό τρυπάνι στην πλακέτα και στερεώνονται με συγκόλληση στην κάτω πλευρά της πλακέτας.

Στο σχήμα τα δυο IC  είναι μικρότερα σε διαστάσεις και έχουν ακροδέκτες μικρότερου μήκους οι οποίοι καμπυλώνονται για να συγκολληθούν στην πάνω πλευρά της πλακέτας. Αυτά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι τεχνολογίας επιφανειακής στήριξης (surface mount technology SMT). Οι δυο μέθοδοι για τον προσδιορισμό των ακροδεκτών των IC που αναφέραμε, ισχύουν για ολοκληρωμένα κυκλώματα τύπου DIP αλλά και του τύπου SMT.

Οι ψηφιακές πύλες ταξινομούνται όχι μόνο με την λογική λειτουργία που επιτελούν, αλλά και με τον τύπο του βασικού ηλεκτρονικού κυκλώματος στον οποίο βασίζεται η ανάπτυξη των πυλών. Οι λογικές οικογένειες παίρνουν συνήθως το όνομα τους από τα ηλεκτρονικά χαρακτηριστικά του βασικού τους κυκλώματος. Οι πιο συνηθισμένες οικογένειες ψηφιακών IC που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι οι TTL (Transistor – Transistor Logic) και CMOS (Complementary MOS)

H TTL είναι μια πολύ διαδεδομένη λογική οικογένεια που υπάρχει από αρκετό καιρό και θεωρείται ως πρότυπη. Η οικογένεια TTL προέρχεται από μια προηγούμενη τεχνολογία η οποία χρησιμοποιούσε διόδους και τρανζίστορ για την βασική πύλη NAND. Αργότερα οι δίοδοι αντικαταστάθηκαν από τρανζίστορ για να βελτιωθεί η λειτουργία και η απόδοση.

Η οικογένεια CMOS που χρησιμοποιεί την τεχνολογία συμπληρωματικού MOS χρησιμοποιεί ένα PMOS και ένα NMOS τρανζίστορ συζευγμένα με ένα συμπληρωματικό τρόπο σε όλα τα κυκλώματα. Τα τρανζίστορ MOS είναι μονοπολικά τρανζίστορ FET των οποίων η ροή φορτίου γίνεται από ένα μόνο τύπο φορέα φορτίου, που μπορεί να είναι ηλεκτρόνια (n – κανάλι) ή οπές (p – κανάλι). Ένα MOS p – καναλιού ονομάζεται PMOS και ένα n – καναλιού ονομάζεται NMOS.

Το μέγεθος της ροής ρυθμίζεται από την τάση που εφαρμόζεται στην πύλη η οποία είναι ηλεκτρικά μονωμένη από το κανάλι. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν τα CMOS έναντι των TTL είναι η υψηλή πυκνότητα κατασκευής των κυκλωμάτων, απλούστερη τεχνική επεξεργασίας κατά τη διάρκεια κατασκευής και πιο οικονομική λειτουργία λόγω της κατανάλωσης χαμηλότερης ισχύος. Οι πιο σημαντικές παράμετροι των ψηφιακών κυκλωμάτων είναι οι ακόλουθες.

Η ικανότητα οδήγησης («Fan Out») είναι ο αριθμός των τυπικών φορτίων που μπορεί να οδηγήσει η έξοδος μιας πύλης χωρίς να κινδυνέψει η κανονική της λειτουργία. Το «τυπικό φορτίο» ορίζεται ως το ποσό του ρεύματος που χρειάζεται μια είσοδος μιας άλλης παρόμοιας πύλης της ίδιας οικογένειας.
Η κατανάλωση ισχύος είναι η ισχύς τροφοδοσίας που απαιτείται για να λειτουργήσει η πύλη.
Η καθυστέρηση διάδοσης είναι ο μέσος χρόνος που χρειάζεται για να διαδοθεί η αλλαγή ενός σήματος από την είσοδο στην έξοδο μιας πύλης.
Το περιθώριο θορύβου είναι η ελάχιστη τάση εξωτερικού θορύβου που προκαλεί ανεπιθύμητη αλλαγή στην έξοδο.

Πύλες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων

Η οικογένεια ψηφιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων TTL έχει μέλη των οποίων η ονομασία τους αρχίζει με το πρόθεμα «74». Αυτή η οικογένεια χρησιμοποιεί την διπολική τεχνολογία για την ανάπτυξη των πυλών. Η οικογένεια TTL, στην πραγματικότητα αποτελείται από υποοικογένειες ή σειρές. Οι πιο διαδεδομένες σειρές είναι η standard TTL με το πρόθεμα «74» και η σειρά της χαμηλής ισχύος Schottky TTL με το πρόθεμα «74LS». Παράδειγμα το ολοκληρωμένο κύκλωμα με την ονομασία 7400 ή 74LS00 το οποίο περιέχει τέσσερις πύλες NAND δυο εισόδων ανήκει αντίστοιχα στις υποοικογένειες που αναφέραμε πριν.

Οι διαφορές μεταξύ διάφορων σειρών TTL είναι στα ηλεκτρικά τους χαρακτηριστικά, όπως η κατανάλωση ισχύος, η καθυστέρηση διάδοσης και η ταχύτητα εναλλαγής. Δεν διαφέρουν στις συνδέσεις των εξωτερικών ακροδεκτών ή στη λογική λειτουργία που εκτελείται από τα εσωτερικά κυκλώματα.

Η αρχική σειρά 4000 των CMOS κυκλωμάτων σχεδιάστηκε ανεξάρτητα από τη σειρά TTL. Επειδή όμως τα TTL έγιναν βασικά κυκλώματα στη βιομηχανία, οι κατασκευαστές άρχισαν να παράγουν άλλα κυκλώματα CMOS των οποίων οι εξωτερικοί ακροδέκτες είναι «συμβατοί» με αντίστοιχα ολοκληρωμένα TTL. Για παράδειγμα, το 74C04 είναι ένα CMOS κύκλωμα του οποίου οι ακροδέκτες είναι συμβατοί με του TTL 7404. Αυτό σημαίνει ότι έχει έξι αντιστροφείς συνδεμένους στους ακροδέκτες του πακέτου όπως ακριβώς και στο αντίστοιχο TTL.

Άλλες σειρές CMOS, που είναι διαθέσιμες στο εμπόριο, όπου οι ακροδέκτες των IC είναι συμβατοί με τα αντίστοιχα των TTL, είναι η 74HC και η 74HCT. Η σειρά 74HC λειτουργεί σε υψηλότερες ταχύτητες απ’ ότι η σειρά 74C. Η σειρά 74HCT είναι και ηλεκτρικά και σε επίπεδο ακροδεκτών συμβατή με κυκλώματα TTL. Αυτό σημαίνει ότι τα ολοκληρωμένα της σειράς HCT μπορούν να συνδεθούν απευθείας με ολοκληρωμένα TTL χωρίς τη χρήση ενδιάμεσων κυκλωμάτων.