Co je Transistor Transistor Logic (TTL) a jeho fungování

Logické brány jako NAND, NOR se používají v každodenních aplikacích pro provádění logických operací. Brány jsou vyráběny pomocí polovodičových zařízení, jako jsou BJT, diody nebo FET. Různé brány jsou konstruovány pomocí integrovaných obvodů. Digitální logické obvody se vyrábějí v závislosti na konkrétní technologii obvodů nebo logických rodinách. Různé rodiny logiky jsou RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) & CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). Z nich se RTL a DTL používají jen zřídka. Tento článek pojednává o přehledu a Transistor-Transistor Logic nebo TTL .

Transistor-Transistor Logic History

Logiku TTL neboli Transistor-Transistor Logic vynalezl v roce 1961 „James L. Buie z TRW“. Je vhodný pro vývoj nových integrovaných obvodů. Skutečný název této TTL je TCTL, což znamená tranzistorovou logiku tranzistoru. V roce 1963 navrhla první komerční zařízení TTL vyrábějící společnost „Sylvania“ známá jako SUHL nebo „rodina Sylvania Universal High-Level Logic“.

Poté, co inženýři společnosti Texas Instruments v roce 1964 spustili integrované obvody řady 5400 s rozsahem vojenské teploty, stala se velmi populární tranzistor-tranzistorová logika. Poté byla řada 7400 uvedena na trh v užším sortimentu v roce 1966.

Kompatibilní části rodin 7400 zavedených texaskými přístroji byly navrženy několika společnostmi, jako jsou National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa atd. společnost jako IBM zahájila nekompatibilní obvody pomocí TTL pro vlastní potřebu.

Logika tranzistor-tranzistor byla aplikována na mnoho generací bipolární logiky pomalým zlepšováním rychlosti i využití energie po dobu přibližně dvou desetiletí. Každý čip TTL obvykle obsahuje stovky tranzistorů. Obecně se funkce v jednom balíčku pohybují od logických bran po mikroprocesor.
První počítač jako Kenbak-1 byl pro svůj CPU používán jako tranzistor-tranzistorová logika jako náhrada mikroprocesoru. V roce 1970 byl Datapoint 2200 používán komponentami TTL a byl základem pro 8008 a poté instrukční sadu x86.

GUI zavedené společností Xerox alt v roce 1973, stejně jako pracovní stanice Star v roce 1981, byly použity obvody TTL, které jsou začleněny na úrovni ALU.

Co je Transistor-Transistor Logic (TTL)?

Transistor-Transistor Logic (TTL) je logická rodina složená z BJT (bipolární spojovací tranzistory). Jak název napovídá, tranzistor plní dvě funkce, jako je logika, a také zesilování. Nejlepším příkladem TTL jsou logické brány, konkrétně brána NOR 7402 a brána NAND 7400.

Logika TTL zahrnuje několik tranzistorů, které mají několik zářičů i několik vstupů. Typy logiky TTL nebo tranzistor-tranzistor zahrnují hlavně standardní TTL, rychlé TTL, Schottky TTL, vysoce výkonné TTL, nízkoenergetické TTL a pokročilé Schottky TTL.

Návrh logických hradel TTL lze provést pomocí odporů a BJT. Existuje několik variant TTL, které jsou vyvinuty pro různé účely, jako jsou balíčky TTL vytvrzované zářením pro vesmírné aplikace a Schottkyho diody s nízkým výkonem, které mohou poskytnout vynikající kombinaci rychlosti a nižší spotřeby energie.

Typy logiky tranzistor-tranzistor

TTL jsou k dispozici v různých typech a jejich klasifikace se provádí na základě výstupu, jako je následující.

• Standardní TTL
• Rychlý TTL
• Schottky TTL
• High Power TTL
• Nízká spotřeba TTL
• Pokročilá Schottky TTL.

Nízkonapěťový TTL pracuje s rychlostí přepínání 33ns, aby se snížila spotřeba energie, například 1 mW. V současné době to bylo nahrazeno logikou CMOS. Vysokorychlostní TTL má rychlejší přepínání ve srovnání s normálními TTL jako 6ns. Má však vysoký ztrátový výkon jako 22 mW.

Schottky TTL byl spuštěn v roce 1969 a používá se k zabránění ukládání náboje ke zvýšení doby spínání pomocí diodových svorek Schottky na terminálu brány. Tyto hradlové terminály fungují v 3ns, ale zahrnují vysoký ztrátový výkon jako 19 mW

Nízký výkon TTL používá vysoké hodnoty odporu z nízkého výkonu TTL. Schottkyho diody poskytují dobrou kombinaci rychlosti a sníženého využití energie, jako jsou 2 mW. Toto je nejobecnější typ TTL, používaný jako logika lepidla v mikropočítačích, v zásadě nahrazuje minulé podskupiny jako L, H & S.

Rychlý TTL se používá ke zvýšení přechodu z nízké na vysokou. Tyto rodiny odpovídajícím způsobem dosáhly PDP 4pJ a 10 pJ. LVTTL nebo nízkonapěťový TTL pro napájecí zdroje 3,3 V i pro rozhraní s pamětí.

Většina designérů poskytuje komerční i rozsáhlé teplotní rozsahy. Například teplotní rozsah dílů řady 7400 od společnosti Texas Instruments se pohybuje od 0 do 70 ° C, stejně jako rozsah teplot řady 5400 je od -55 do +125 ° C. Díly s vysokou spolehlivostí a speciální kvalitou jsou přístupné pro letecké a vojenské aplikace, zatímco radiační zařízení ze série SNJ54 se používají v kosmických aplikacích.

Charakteristika TTL

Mezi vlastnosti TTL patří následující.

1. Ventilátor: Počet zátěží, které může výstup GATE řídit, aniž by to ovlivnilo jeho obvyklý výkon. Zatížením rozumíme množství proudu požadovaného vstupem jiné brány připojené k výstupu dané brány.
2. Ztráta výkonu: Představuje množství energie potřebné pro zařízení. Měří se v mW. Obvykle se jedná o produkt napájecího napětí a množství průměrného proudu odebíraného při vysokém nebo nízkém výkonu.
3. Šíření zpoždění: Představuje přechodový čas, který uplyne při změně vstupní úrovně. Zpoždění, ke kterému dochází, aby výstup provedl svůj přechod, je zpoždění šíření.
4. Šířka šumu: Představuje množství šumového napětí povoleného na vstupu, které neovlivňuje standardní výstup.
   

Klasifikace logiky tranzistor-tranzistor

Je to logická rodina skládající se zcela z tranzistorů. Využívá tranzistor s více zářiči. Komerčně začíná řadou 74, jako je 7404, 74S86 atd. Byl postaven v roce 1961 Jamesem L Bui a komerčně používán v logickém designu v roce 1963. TTL jsou klasifikovány na základě výstupu.

Otevřete výstup kolektoru

Hlavní vlastností je, že jeho výstup je 0, když je nízký, a plovoucí, když je vysoký. Obvykle lze použít externí Vcc.

Výstup otevřeného kolektoru logiky tranzistor-tranzistor

Tranzistor Q1 se chová jako shluk diod umístěných zády k sobě. S libovolným vstupem na logicky nízké hodnotě je odpovídající křižovatka emitor-základna předpjatá dopředu a pokles napětí na základně Q1 je kolem 0,9 V, což není dostatečné pro vedení tranzistorů Q2 a Q3. Výstup je tedy buď plovoucí, nebo Vcc, tj. Vysoká úroveň.

Podobně, když jsou všechny vstupy vysoké, jsou všechny přechody báze-emitor Q1 reverzně předpjaté a tranzistory Q2 a Q3 dostávají dostatek základního proudu a jsou v režimu nasycení. Výstup je logicky nízký. (Aby tranzistor mohl přejít do sytosti, měl by být kolektorový proud větší než βnásobek základního proudu).

Aplikace

Mezi aplikace výstupu otevřeného kolektoru patří následující.

• V dálkových světlech nebo relé
• Při provádění drátové logiky
• Při konstrukci společného sběrnicového systému

Výstup totemového pole

Totem Pole znamená přidání aktivního vytažení obvodu na výstupu brány, což má za následek snížení zpoždění šíření.

Výstup totemového pole TTL

Logická operace je stejná jako výstup otevřeného kolektoru. Použití tranzistorů Q4 a diody slouží k rychlému nabíjení a vybíjení parazitní kapacity napříč Q3. Rezistor se používá k udržení výstupního proudu na bezpečné hodnotě.

Tři státní brány

Poskytuje 3 stavový výstup, jako je následující

• Stav nízké úrovně, když je dolní tranzistor zapnutý a horní tranzistor vypnutý.
• Stav vysoké úrovně, když je dolní tranzistor vypnutý a horní tranzistor zapnutý.
• Třetí stav, když jsou oba tranzistory VYPNUTY. To umožňuje přímé připojení vodičem mnoha výstupů.

Logika tranzistor-tranzistor se třemi stavovými hradly

Funkce rodiny TTL

Mezi vlastnosti rodiny TTL patří následující.

• Logická nízká úroveň je na 0 nebo 0,2V.
• Logická vysoká úroveň je na 5V.
• Typický ventilátor z 10. To znamená, že na svém výstupu může podporovat maximálně 10 bran.
• Základní zařízení TTL odebírá výkon téměř 10 mW, což se snižuje s použitím zařízení Schottky.
• Průměrné zpoždění šíření je asi 9ns.
• Hluková rezerva je přibližně 0,4 V.

Série TTL IC

Integrované obvody TTL většinou začínají řadou 7. Má 6 podskupin uvedených jako:

1. Nízkoenergetické zařízení se zpožděním šíření 35 ns a ztrátovým výkonem 1 mW.
2. Nízký výkon Schottky zařízení se zpožděním 9ns
3. Pokročilé zařízení Schottky se zpožděním 1,5 ns.
4. Pokročilé Schottky s nízkým výkonem zařízení se zpožděním 4 ns a ztrátovým výkonem 1 mW.

V jakékoli nomenklatuře zařízení TTL první dvě jména označují název podčeledi, do kterého zařízení patří. První dvě číslice označují teplotní rozsah provozu. Další dvě abecedy označují podrodinu, do které zařízení patří. Poslední dvě číslice označují logickou funkci prováděnou čipem. Příkladem je 74LS02-2 ani vstupní NOR brána, 74LS10- Triple 3 vstupní NAND brána.

Typické obvody TTL

Logické brány se používají v každodenním životě v aplikacích, jako je sušička prádla, počítačová tiskárna, zvonek atd.

Níže jsou uvedeny 3 základní logické brány implementované pomocí logiky TTL: -

Brána NOR

Předpokládejme, že vstup A je logicky vysoký, odpovídající tranzistorový přechod emitor-základna je předpjatý a křižovatka základny a kolektoru je předpjatý. Tranzistor Q3 získává základní proud z napájecího napětí Vcc a přechází do sytosti. V důsledku nízkého kolektorového napětí z Q3 se tranzistor Q5 odpojí a na druhé straně, pokud je jiný vstup nízký, Q4 se odpojí a odpovídajícím způsobem se odpojí Q5 a výstup se připojí přímo k zemi přes tranzistor Q3 . Podobně, když jsou oba vstupy logicky nízké, výstup bude logicky vysoký.

NOR Gate TTL

NENÍ brána

Když je vstup nízký, odpovídající spojení základny a emitoru je předpjaté dopředu a spojení základny a kolektoru je předpjaté dopředu. Výsledkem je odpojení tranzistoru Q2 a také odpojení tranzistoru Q4. Tranzistor Q3 přejde do sytosti a dioda D2 začne vodit a výstup je připojen k Vcc a jde do logické výšky. Podobně, když je vstup logicky vysoký, výstup je logicky nízký.

NENÍ brána TTL

Srovnání TTL s jinými rodinami logiky

Obecně platí, že zařízení TTL používají více energie ve srovnání se zařízeními CMOS, ale využití energie se u hodin CMOS u zařízení nezlepší. Ve srovnání se současnými obvody ECL používá tranzistor-tranzistorová logika nízký výkon, ale má jednoduchá konstrukční pravidla, ale je podstatně pomalejší.

Výrobci mohou sjednotit zařízení TTL a ECL ve stejném systému, aby dosáhli nejlepšího výkonu, ale zařízení jako posun úrovně jsou mezi těmito dvěma logickými rodinami nezbytná. TTL je ve srovnání s časnými zařízeními CMOS málo citlivý na poškození elektrostatickým výbojem.

Kvůli struktuře o / p zařízení TTL je o / p impedance mezi nízkými a vysokými stavy asymetrická, což je činí nevhodnými pro řízení přenosových vedení. Obvykle tato nevýhoda překonává ukládání do vyrovnávací paměti o / p pomocí speciálních zařízení budících linku všude tam, kde signály vyžadují přenos přes kabely.

Struktura o / p totemového pólu TTL má často rychlé překrytí, jakmile jsou vyšší i dolní tranzistory vodivé, což má za následek značný signál proudu odebíraného z napájecího zdroje.

Tyto signály se mohou připojit náhlými metodami mezi několika IC balíčky, což má za následek nižší výkon a sníženou rezervu šumu. Obecně platí, že systémy TTL používají oddělovací kondenzátor pro každý z nich, jinak pro dva balíčky IC, takže proudový signál z jednoho čipu TTL na okamžik nesníží napájecí napětí na jiné.

V současné době mnoho návrhářů dodává logické ekvivalenty CMOS prostřednictvím úrovní i / p & o / p kompatibilních s TTL prostřednictvím čísel dílů, které souvisejí s odpovídající komponentou TTL včetně stejných vývodů. Například řada 74HCT00 poskytne několik náhradních alternativ pro bipolární součásti řady 7400, ale využívá technologii CMOS.

Srovnání TTL s jinými logickými rodinami z hlediska různých specifikací zahrnuje následující.

Tranzistor-tranzistorový logický měnič

Tranzistorová zařízení Transistor Logic (TTL) nahradila diodová tranzistorová logika (DTL), protože fungují rychleji a jsou levnější. NAND IC se vstupem Quad 2 využívá zařízení 7400 TTL k navrhování široké škály obvodů, které se používají jako invertor.

Schéma zapojení výše používá brány NAND uvnitř IC. Vyberte tedy přepínač A pro aktivaci obvodu, pak si můžete všimnout, že obě LED diody v obvodu zhasnou. Pokud je výstup nízký, měl by být vstup vysoký. Poté vyberte spínač B, poté se obě LED rozsvítí.

Pokud je vybrán přepínač A, budou oba vstupy brány NAND vysoké, což znamená, že výstup logických bran bude menší. Pokud je vybrán přepínač B, pak vstupy nebudou dlouho vysoké a LED se rozsvítí.

Výhody a nevýhody

Mezi výhody nevýhod TTL patří následující.

Hlavní výhodou TTL je to, že můžeme snadno komunikovat s jinými obvody a schopnost generovat obtížné logické funkce kvůli určitým napěťovým úrovním a dobrým šumovým rozpětím TTL má dobré vlastnosti, jako je fan-in, což znamená počet i / p signálů, které lze přijmout prostřednictvím vstupu.

TTL je hlavně imunní vůči poškození stacionárními výboji elektřiny, ne jako CMOS, a ve srovnání s CMOS jsou ekonomické. Hlavní nevýhodou TTL je vysoké využití proudu. Vysoké proudové požadavky TTL mohou vést k urážlivému fungování, protože o / p stavy budou vypnuty. I při různých verzích TTL, které mají nízkou spotřebu proudu, budou konkurenceschopné CMOS.

S příchodem CMOS byly aplikace TTL nahrazeny prostřednictvím CMOS. V aplikacích se ale stále používá TTL, protože jsou poměrně robustní a logické brány jsou poměrně levné.

Aplikace TTL

Mezi aplikace TTL patří následující.

• Používá se v aplikaci regulátoru pro zajištění 0 až 5 V.
• Používá se jako spínací zařízení v dálkových světlometech a relé
• Používá se v procesorech mini počítače jako DEC VAX
• Používá se v tiskárnách a terminálech pro zobrazování videa

O toto tedy jde přehled logiky TTL nebo tranzistor-tranzistor . Jedná se o skupinu integrovaných obvodů, které udržují logické stavy a také dosahují přepínání pomocí BJT. TTL je jedním z důvodů, proč jsou integrované obvody tak široce používány, protože jsou ve srovnání s TTL a DTL levné, rychlejší a spolehlivější. TTL používá tranzistory přes několik zářičů v branách, které mají několik vstupů. Zde je otázka, jaké jsou podkategorie logiky tranzistor-tranzistor?