CMOS vs TTL
Wraz z pojawieniem się technologii półprzewodnikowej opracowano układy scalone, które znalazły zastosowanie we wszystkich formach technologii związanych z elektroniką. Od komunikacji po medycynę, każde urządzenie ma układy scalone, w których obwody, jeśli zostałyby wdrożone ze zwykłymi komponentami, zajmowałyby dużą przestrzeń i energię, są zbudowane na miniaturowej płytce krzemowej przy użyciu nowoczesnych technologii półprzewodnikowych.
Wszystkie cyfrowe układy scalone są realizowane 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 nazywany rodziną bramek TTL. Aby przezwyciężyć wady bramek TTL, opracowano bardziej zaawansowane technologicznie metodologie konstrukcji bramek, takie jak pMOS, nMOS oraz najnowszy i popularny uzupełniający typ półprzewodnika z tlenku metalu, czyli CMOS.
W układzie scalonym bramki są zbudowane na krzemowej płytce, technicznie nazywanej podłożem. W oparciu o technologię zastosowaną do budowy bramki, układy scalone są również podzielone na 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 wybierany jako układ scalony 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 bipolarnych tranzystorów i rezystorów, aby utworzyć bramkę NAND. Wejście Low (I L) i Input High (I H) mają zakresy napięcia odpowiednio 0 <I L <0,8 i 2,2 <I H <5,0. Zakresy napięcia wyjściowego niskiego i wysokiego napięcia wyjściowego to 0 <O L <0,4 i 2,6 <O H <5,0 w kolejności. Dopuszczalne napięcia wejściowe i wyjściowe bramek TTL podlegają dyscyplinie statycznej w celu wprowadzenia wyższego poziomu odporności na zakłócenia w transmisji sygnału.
Bramka TTL ma średnio rozpraszanie mocy 10 mW i opóźnienie propagacji 10 nS przy zasilaniu obciążeniem 15 pF / 400 omów. Ale pobór mocy jest raczej stały w porównaniu z CMOS. TTL ma również wyższą odporność na zakłócenia elektromagnetyczne.
Wiele wariantów TTL zostało opracowanych do określonych celów, takich jak wzmocnione promieniowaniem pakiety TTL do zastosowań kosmicznych i Schottky TTL (LS) o niskiej mocy, które zapewniają dobre połączenie 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 używaną rodziną układów logicznych ze względu na jej liczne zalety, takie jak mniejsze zużycie energii i niski poziom hałasu podczas transmisji. Wszystkie popularne mikroprocesory, mikrokontrolery i układy scalone wykorzystują technologię CMOS.
Bramki logiczne CMOS są zbudowane przy użyciu tranzystorów polowych FET, a obwód jest w większości pozbawiony rezystorów. W rezultacie bramki CMOS w ogóle nie pobierają energii w stanie statycznym, w którym wejścia sygnałowe pozostają niezmienione. Wejście Low (I L) i Input High (I H) mają zakresy napięcia 0 <I L <1,5 i 3,5 <I H <5,0, a wyjściowe Low i Output High zakresy to 0 <O L <0,5 i 4,95 <O H <5,0 odpowiednio.
Jaka jest różnica między CMOS a TTL?
• Komponenty TTL są relatywnie tańsze niż odpowiadające im komponenty CMOS. Jednak technologia CMO wydaje się być ekonomiczna na większą skalę, ponieważ elementy obwodu są mniejsze i wymagają mniejszej regulacji w porównaniu z komponentami TTL.
• Elementy CMOS nie zużywają energii w stanie statycznym, ale pobór mocy rośnie wraz z częstotliwością zegara. Z drugiej strony TTL ma stały poziom zużycia energii.
• Ponieważ CMOS ma niskie wymagania prądowe, pobór mocy jest ograniczony, 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.
