CMOS a TTL
Wraz z pojawieniem się technologii półprzewodnikowej opracowano układy scalone, które znalazły drogę do każdej formy technologii obejmującej elektronikę. Od komunikacji po medycynę, każde urządzenie ma układy scalone, w których obwody, gdyby zaimplementowane zwykłymi komponentami zajmowały dużo miejsca i energii, są zbudowane na miniaturowej płytce krzemowej przy użyciu obecnych dziś zaawansowanych technologii półprzewodnikowych.
Wszystkie cyfrowe układy scalone są zaimplementowane przy użyciu bramek logicznych jako ich podstawowego elementu konstrukcyjnego. Każda bramka zbudowana jest z małych elementów elektronicznych, takich jak tranzystory, diody i rezystory. Zestaw bramek logicznych zbudowanych przy użyciu sprzężonych tranzystorów i rezystorów jest zbiorczo określany jako rodzina bramek TTL. Aby przezwyciężyć niedoskonałości bramek TTL, opracowano bardziej zaawansowane technologicznie metodologie budowy bramek, takie jak pMOS, nMOS oraz najnowszy i popularny typ półprzewodnika z tlenku metalu komplementarnego, czyli CMOS.
W układzie scalonym bramki są zbudowane na płytce krzemowej, technicznie nazywanej podłożem. W oparciu o technologię stosowaną do budowy bramek, układy scalone są również klasyfikowane w rodziny TTL i CMOS, ze względu na nieodłączne właściwości podstawowej konstrukcji bramki, takie jak poziomy napięcia sygnału, zużycie energii, czas odpowiedzi i skala integracji.
Więcej o TTL
James L. Buie z TRW wynalazł TTL w 1961 roku i służył jako zamiennik logiki DL i RTL i był przez długi czas wybieranym układem scalonym dla oprzyrządowania i obwodów komputerowych. Metody integracji TTL stale się rozwijają, a nowoczesne pakiety są nadal wykorzystywane w specjalistycznych aplikacjach.
Bramki logiczne TTL są zbudowane ze sprzężonych tranzystorów bipolarnych i rezystorów, tworząc bramkę NAND. Wejście niskie (IL) i wejście wysokie (IH) mają zakresy napięcia 0 < IL < 0,8 i 2,2 < IH < 5,0 odpowiednio. Zakresy niskiego napięcia wyjściowego i wysokiego napięcia wyjściowego to 0 < OL < 0,4 i 2,6 < OH < 5,0 w zamówieniu. Dopuszczalne napięcia wejściowe i wyjściowe bramek TTL podlegają statycznej dyscyplinie, aby wprowadzić wyższy poziom odporności na zakłócenia w transmisji sygnału.
Bramka TTL ma średnio rozpraszanie mocy 10 mW i opóźnienie propagacji 10 nS, podczas sterowania obciążeniem 15 pF/400 omów. Ale zużycie energii jest raczej stałe w porównaniu z CMOS. TTL ma również wyższą odporność na zakłócenia elektromagnetyczne.
Wiele wariantów TTL zostało opracowanych do konkretnych celów, takich jak pakiety TTL utwardzane promieniowaniem do zastosowań kosmicznych i Low-power Schottky TTL (LS), które zapewniają dobrą kombinację prędkości (9,5 ns) i zmniejszonego zużycia energii (2 mW)
Więcej o CMOS
W 1963 roku Frank Wanlass z Fairchild Semiconductor wynalazł technologię CMOS. Jednak pierwszy układ scalony CMOS został wyprodukowany dopiero w 1968 roku. Frank Wanlass opatentował wynalazek w 1967 roku, pracując wówczas w RCA.
Rodzina układów logicznych CMOS stała się najczęściej stosowaną rodziną układów logicznych ze względu na liczne zalety, takie jak mniejsze zużycie energii i niski poziom szumów podczas transmisji. Wszystkie popularne mikroprocesory, mikrokontrolery i układy scalone wykorzystują technologię CMOS.
Bramki logiczne CMOS są zbudowane przy użyciu tranzystorów polowych FET, a obwody są w większości pozbawione rezystorów. W rezultacie bramki CMOS nie pobierają żadnej energii w stanie statycznym, w którym wejścia sygnału pozostają niezmienione. Wejście niskie (IL) i wejście wysokie (IH) mają zakresy napięcia 0 < IL < 1,5 i 3,5 < IH < 5,0 oraz zakresy napięcia wyjściowego niskiego i wysokiego napięcia wyjściowego to 0 < OL < 0.5 i 4,95 < OH < 5,0 odpowiednio.
Jaka jest różnica między CMOS a TTL?
• Komponenty TTL są stosunkowo tańsze niż odpowiadające im komponenty CMOS. Jednak technologia CMO wydaje się być ekonomiczna na większą skalę, ponieważ komponenty obwodu są mniejsze i wymagają mniej regulacji w porównaniu z komponentami TTL.
• Komponenty CMOS nie zużywają energii w stanie statycznym, ale zużycie energii wzrasta wraz z częstotliwością zegara. Z drugiej strony TTL ma stały poziom zużycia energii.
• Ponieważ CMOS ma niskie wymagania prądowe, zużycie energii jest ograniczone, a zatem obwody są tańsze i łatwiejsze do zaprojektowania do zarządzania energią.
• Ze względu na dłuższe czasy narastania i opadania, sygnały cyfrowe w środowisku CMO mogą być tańsze i bardziej skomplikowane.
• Komponenty CMOS są bardziej wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne niż komponenty TTL.
