CMOS vs TTL
Pooljuhttehnoloogia tulekuga töötati välja integraallülitused ja need on leidnud tee iga elektroonikat hõlmava tehnoloogia juurde. Alates kommunikatsioonist kuni meditsiinini on igal seadmel integraallülitused, kus tavaliste komponentidega rakendatud vooluringid, mis tarbiksid palju ruumi ja energiat, on ehitatud miniatuursele räniplaadile, kasutades tänapäevaseid täiustatud pooljuhttehnoloogiaid.
Kõik digitaalsed integraallülitused on realiseeritud kasutades loogikaväravaid nende põhilise ehitusplokina. Iga värav on ehitatud väikeste elektrooniliste elementide, nagu transistorid, dioodid ja takistid, abil. Seotud transistoride ja takistite abil konstrueeritud loogikaväravate komplekti nimetatakse ühiselt TTL-värava perekonnaks. TTL-väravate puuduste ületamiseks töötati väravate ehitamiseks välja tehnoloogiliselt arenenumad metoodikad, nagu pMOS, nMOS ja kõige uuem ja populaarseim komplementaarne metalloksiid-pooljuhttüüp ehk CMOS.
Integreeritud vooluringis on väravad ehitatud räniplaadile, mida tehniliselt nimetatakse substraadiks. Väravate ehitamiseks kasutatava tehnoloogia põhjal liigitatakse IC-d ka TTL-i ja CMOS-i perekondadesse, kuna põhivärava konstruktsioonile on omased omadused, nagu signaali pingetase, energiatarve, reaktsiooniaeg ja integratsiooni ulatus.
Lisateavet TTL-i kohta
James L. Buie TRW-st leiutas TTL-i 1961. aastal ning see asendas DL- ja RTL-loogikat ning oli pikka aega instrumentide ja arvutiahelate valitud IC. TTL-i integreerimismeetodid on pidev alt arenenud ja kaasaegseid pakette kasutatakse endiselt spetsialiseeritud rakendustes.
TTL-i loogikaväravad on ehitatud ühendatud bipolaarsetest transistoridest ja takistitest, et luua NAND-värav. Madala sisendi (IL) ja sisendi kõrge (IH) pingevahemikud on 0 < IL < 0,8 ja 2,2 < IH < 5,0 vastav alt. Väljundi madala ja väljundi kõrge pinge vahemikud on 0 < OL < 0,4 ja 2,6 < OH < 5,0 järjekorras. TTL-väravate vastuvõetavad sisend- ja väljundpinged allutatakse staatilisele distsipliinile, et tagada signaali edastamisel kõrgem mürakindlus.
TTL-värava võimsuse hajumine on keskmiselt 10 mW ja levimisviivitus 10 nS 15 pF/400 oomi koormuse korral. Kuid energiatarve on CMOS-iga võrreldes üsna konstantne. TTL-il on ka suurem vastupidavus elektromagnetilistele häiretele.
Paljud TTL-i variandid on välja töötatud spetsiifilistel eesmärkidel, näiteks kosmoserakenduste jaoks mõeldud kiirguskindlad TTL-paketid ja väikese võimsusega Schottky TTL (LS), mis tagab hea kombinatsiooni kiirusest (9,5 n) ja väiksemast energiatarbimisest (2 mW).
Lisateavet CMOS-i kohta
1963. aastal leiutas Frank Wanlass firmast Fairchild Semiconductor CMOS-tehnoloogia. Esimene CMOS-i integraallülitus toodeti aga alles 1968. aastal. Frank Wanlass patenteeris leiutise 1967. aastal, töötades sel ajal RCA-s.
CMOS-i loogikaperekonnast on saanud kõige laialdasem alt kasutatavad loogikapered tänu oma arvukatele eelistele, nagu väiksem energiatarve ja madal müratase edastuse ajal. Kõik tavalised mikroprotsessorid, mikrokontrollerid ja integraallülitused kasutavad CMOS-tehnoloogiat.
CMOS-i loogikaväravad on konstrueeritud väljatransistoride FET-ide abil ja vooluahelas pole enamasti takisteid. Seetõttu ei tarbi CMOS-väravad staatilises olekus üldse voolu, kus signaalisisendid jäävad muutumatuks. Madala sisendi (IL) ja sisendi kõrge (IH) pingevahemikud on 0 < IL < 1,5 ja 3,5 < IH < 5.0 ning väljundi madala ja väljundi kõrge pinge vahemikud on 0 < OLL 603.vastav alt 5 ja 4,95 < OH < 5,0.
Mis vahe on CMOS-il ja TTL-il?
• TTL-komponendid on suhteliselt odavamad kui samaväärsed CMOS-komponendid. Siiski kipub ühise turukorralduse tehnoloogia olema suuremas plaanis ökonoomne, kuna vooluringi komponendid on väiksemad ja vajavad vähem reguleerimist võrreldes TTL komponentidega.
• CMOS-komponendid ei tarbi staatilise oleku ajal energiat, kuid voolutarve suureneb koos taktsagedusega. TTL-il on seevastu pidev energiatarbimise tase.
• Kuna CMOS-i vooluvajadus on madal, on energiatarve piiratud ja vooluahelad on seetõttu odavamad ja lihtsamad toitehalduse jaoks.
• Pikemate tõusu- ja langusaegade tõttu võivad digitaalsignaalid ühise turukorralduse keskkonnas olla odavamad ja keerulisemad.
• CMOS-i komponendid on elektromagnetiliste häirete suhtes tundlikumad kui TTL-komponendid.
