CMOS vs TTL
Puolijohdetekniikan myötä integroituja piirejä kehitettiin, ja ne ovat löytäneet tiensä kaikkiin elektroniikkaa koskevaan teknologiaan. Viestityksestä lääketieteeseen jokaisessa laitteessa on integroituja piirejä, joissa tavallisilla komponenteilla toteutettuna piirit, jotka kuluttaisivat paljon tilaa ja energiaa, on rakennettu pienikokoiselle piikiekolle käyttämällä nykyaikaisia kehittyneitä puolijohdetekniikoita.
Kaikki digitaaliset integroidut piirit on toteutettu käyttämällä logiikkaportteja perustavanlaatuisena rakennuspalikkana. Jokainen portti on rakennettu käyttämällä pieniä elektronisia elementtejä, kuten transistoreja, diodeja ja vastuksia. Kytketyistä transistoreista ja vastuksista muodostettujen logiikkaporttien joukko tunnetaan yhteisesti TTL-porttiperheenä. TTL-porttien puutteiden poistamiseksi porttien rakentamiseen suunniteltiin teknisesti edistyneempiä menetelmiä, kuten pMOS, nMOS ja uusin ja suosituin täydentävä metallioksidipuolijohdetyyppi eli CMOS.
Integroidussa piirissä portit on rakennettu piikiekolle, jota kutsutaan teknisesti substraatiksi. Porttien rakentamiseen käytetyn tekniikan perusteella IC:t luokitellaan myös TTL- ja CMOS-perheisiin portin perusrakenteen luontaisten ominaisuuksien, kuten signaalin jännitetasojen, virrankulutuksen, vasteajan ja integroinnin laajuuden, vuoksi.
Lisätietoja TTL:stä
James L. Buie TRW:stä keksi TTL:n vuonna 1961, ja se toimi DL- ja RTL-logiikan korvaajana ja oli pitkään instrumenttien ja tietokonepiirien IC-valinta. TTL-integraatiomenetelmiä on kehitetty jatkuvasti, ja nykyaikaisia paketteja käytetään edelleen erikoissovelluksissa.
TTL-logiikkaportit on rakennettu kytketyistä bipolaarisista liitostransistoreista ja vastuksista NAND-portin luomiseksi. Tulo Low (IL) ja Input High (IH) ovat jännitealueita 0 < IL < 0,8 ja 2,2 < IH < 5,0. Output Low ja Output High jännitealueet ovat 0 < OL < 0,4 ja 2,6 < OH < 5,0 järjestyksessä. TTL-porttien hyväksyttävät tulo- ja lähtöjännitteet alistetaan staattiseen kuriin, jotta signaalinsiirrossa saadaan aikaan korkeampi häiriönkestävyys.
TTL-portin tehohäviö on keskimäärin 10 mW ja etenemisviive 10 nS, kun ajetaan 15 pF/400 ohmin kuormalla. Mutta virrankulutus on melko vakio verrattuna CMOS-järjestelmään. TTL:llä on myös suurempi vastustuskyky sähkömagneettisia häiriöitä vastaan.
Monet TTL-muunnelmat on kehitetty tiettyihin tarkoituksiin, kuten säteilyä kestävät TTL-paketit avaruussovelluksiin ja pienitehoinen Schottky TTL (LS), joka tarjoaa hyvän yhdistelmän nopeutta (9,5 n) ja pienempää virrankulutusta (2 mW).
Lisätietoja CMOS:sta
Vuonna 1963 Frank Wanlass Fairchild Semiconductorista keksi CMOS-tekniikan. Ensimmäinen integroitu CMOS-piiri valmistettiin kuitenkin vasta vuonna 1968. Frank Wanlass patentoi keksinnön vuonna 1967 työskennellessään tuolloin RCA:ssa.
CMOS-logiikkaperheestä on tullut laajimmin käytetty logiikkaperhe lukuisten etujensa ansiosta, kuten pienempi virrankulutus ja alhainen kohina lähetystasojen aikana. Kaikki yleiset mikroprosessorit, mikro-ohjaimet ja integroidut piirit käyttävät CMOS-tekniikkaa.
CMOS-logiikkaportit on rakennettu käyttämällä FET-kenttätransistoreita, ja piireissä ei ole enimmäkseen vastuksia. Tämän seurauksena CMOS-portit eivät kuluta lainkaan tehoa staattisen tilan aikana, jolloin signaalitulot pysyvät muuttumattomina. Tulo Low (IL) ja Input High (IH) ovat jännitealueita 0 < IL < 1.5 ja 3.5 < IH < 5.0 ja ulostulon matala- ja korkeajännitealueet ovat 0 < OLL 603.5 ja 4,95 < OH < 5,0, vastaavasti.
Mitä eroa on CMOS:n ja TTL:n välillä?
• TTL-komponentit ovat suhteellisen halvempia kuin vastaavat CMOS-komponentit. CMOs-tekniikka on kuitenkin yleensä taloudellista suuremmassa mittakaavassa, koska piirikomponentit ovat pienempiä ja vaativat vähemmän säätöä TTL-komponentteihin verrattuna.
• CMOS-komponentit eivät kuluta virtaa staattisen tilan aikana, mutta virrankulutus kasvaa kellotaajuuden myötä. Toisa alta TTL:n virrankulutustaso on vakio.
• Koska CMOS:n virrankulutus on vähäinen, virrankulutus on rajoitettua ja piirit ovat siksi halvempia ja helpompia suunnitella virranhallintaan.
• Pidempien nousu- ja laskuaikojen vuoksi digitaaliset signaalit voivat olla CMO-ympäristössä halvempia ja monimutkaisia.
• CMOS-komponentit ovat herkempiä sähkömagneettisille häiriöille kuin TTL-komponentit.
