O TTL vs CMOS, Wynalezienie hybrydowego układu scalonego w 1958 roku przez Jacka Kilby'ego, a następnie pierwszego rzeczywistego monolitycznego układu scalonego przez Roberta Noyce'a w 1959 roku zmieniło przemysł elektroniczny. Przyniósł on kompaktowy i energooszczędny projekt obwodu, który jest tańszy niż te zbudowane przy użyciu dyskretnych elementów elektronicznych. Jednakże w produkcji układów scalonych rozwinęły się różne techniki wytwarzania, ale dwie najbardziej powszechne rodziny układów logicznych, które wyszły z tego procesu to TTL i CMOS. Wynalezione w 1963 i 1968 roku rodziny logiczne TTL i CMOS różnią się od siebie. Przyjrzymy się im szczegółowo poniżej, aby namalować jaśniejszy obraz technologii.

Co to jest TTL?

TTL jest akronimem od Transistor-Transistor Logic i składa się z rodziny logicznej tranzystorów bipolarnych. Te tranzystory bipolarne wykonują zarówno funkcje wzmacniające jak i logiczne, stąd nazwa TTL, a każdy z nich ma wiele wejść i emiterów.

Istnieje kilka typów TTL, które obejmują następujące:

Logika tranzystorowo-tranzystorowa dużej mocy

Logika tranzystorowo-tranzystorowa małej mocy

Standardowa logika TTL

Szybka logika TTL

Logika z tranzystorem Schottky'ego

Zaawansowana logika tranzystorowo-tranzystorowa Schottky'ego

Te urządzenia TTL zawierają również rezystory, a każdy typ nadaje się do określonych celów. Na przykład szybki i stosunkowo niskoenergetyczny Schottky. TTL jest idealny do kontroli ładowania i zaciskania napięcia. Z drugiej strony, odporny na promieniowanie układ TTL jest idealny do zastosowań kosmicznych.

Niektóre przykłady układów scalonych TTL to 7402 NOR gate i 7400 NAND gate.

Czworokątna 2-wejściowa bramka NAND 7400

A 7402 Quad 2-input NOR Gate

TTL vs. CMOS: Czym jest CMOS?

CMOS to również akronim (Complementary Metal Oxide Semiconductor), ale technologia różni się od TTL. Wykorzystuje tranzystory MOSFET (Metal Oxide Field-Effect Transistors) typu n i p do wykonywania funkcji logicznych. Tranzystory te występują w symetrycznych i komplementarnych parach, tworząc jeden pakiet, jak pokazano poniżej:

MOSFET n-kanałowy i p-kanałowy

Mikroprocesory, układy pamięci, mikrokontrolery i większość cyfrowych układów logicznych opiera się na konstrukcji w technologii CMOS. Inne zastosowania to transceivery, konwertery danych, czujniki obrazu i inne statyczne układy analogowe. Układ CMOS obsługuje również zera i jedynki (niskie i wysokie) oraz logikę.

TTL vs. CMOS: Różnica

Wracając do początku, podstawowy projekt TTL powstał w 1963 roku, podczas gdy CMOS pojawił się pięć lat później, w 1968 roku. Ponieważ jest on nowszy, przyniósł pewne ulepszenia. Układ bramek logicznych CMOS jest bardziej energooszczędny, wytwarza mniejszy hałas i ma większą gęstość bramek logicznych.

Cztery układy scalone TTL

Pobór mocy w układach CMOS zmienia się jednak w zależności od kilku czynników. Kluczowym z nich jest częstotliwość taktowania zegara, przy czym wysoka prędkość zegara podnosi zużycie energii. Jednak ogólnie rzecz biorąc, układy CMOS są bardziej wydajne. Typowo, obwód z 1 bramką CMOS zużywa 10nW, podczas gdy obwód z 1 bramką TTL zużywa 10mW (10,000,000nW).

Układ CMOS

Układy CMOS mają jednak swoje wady. Na przykład, ich konstrukcja i wykonanie sprawiają, że są delikatne i szczególnie podatne na uszkodzenia w wyniku wyładowań elektrostatycznych. Dotknięcie zacisków wystarczy, aby uszkodzić chip. Można więc uszkodzić urządzenie w sposób niezamierzony.

Do innych różnic należą:

TTL vs. CMOS: Is CMOS A Good Choice Over TTL Component?

Z powyższego szczegółowego porównania wynika, że chipy CMOS mają więcej zalet niż ich odpowiedniki TTL. Wymagają mniejszej mocy, ale mają wyższe napięcie wyjściowe. Ponadto są mniejsze i bardziej ekonomiczne, a jednocześnie mniej podatne na zakłócenia. Dzięki takiej odporności, układy scalone przekazują czystsze sygnały z niskimi zakłóceniami.

Różnica w opóźnieniach propagacji nie jest tak znacząca, więc transmisja sygnału jest dość szybka po obu stronach. Ostatnią kwestią jest liczba fan-out. CMOS może połączyć się z wyższą liczbą obciążenia na terminalu wyjściowym niż TTL. Jednak układy CMOS są delikatne, więc należy obchodzić się z nimi ostrożnie.

TTL vs. CMOS: Która rodzina układów logicznych jest najszybsza?

Tranzystory FET (Field Effect Transistors) w układach scalonych CMOS są szybsze i bardziej energooszczędne niż tranzystory bipolarne w układach TTL. Dodatkowo, układy scalone CMOS mają większą gęstość bramek logicznych, co czyni je szybszymi.

Jednak rodzina układów logicznych CMOS nie jest najszybsza na rynku. Emitter-Coupled Logic (ECL) zapewnia najwyższe prędkości działania ze względu na stosunkowo małe wahania napięcia. Ponadto, utrzymuje swoje tranzystory przed wejściem w obszar nasycenia, aby utrzymać wydajność na optymalnym poziomie.

Układy logiczne sprzężone z emiterem

Podsumowanie

Podsumowując, układy scalone zmieniły przemysł elektroniczny, a rodziny układów logicznych CMOS i TTL są najczęściej stosowanymi technikami wytwarzania. Każda z nich ma swoje zalety i wady, ale CMOS generalnie ma przewagę w wydajności.

Dlatego, jeśli potrzebujesz takich chipów włączonych do swojej płytki drukowanej, skontaktuj się z nami, a my zmontujemy PCB zgodnie z wymaganiami projektu.