CMOS vs TTL
S příchodem polovodičové technologie byly vyvinuty integrované obvody, které si našly cestu do všech forem technologie zahrnující elektroniku. Od komunikace po medicínu má každé zařízení integrované obvody, kde obvody, pokud by byly implementovány běžnými součástkami, spotřebovaly velký prostor a energii, jsou postaveny na miniaturním křemíkovém plátku s využitím pokročilých dnes přítomných polovodičových technologií.
Všechny digitální integrované obvody jsou implementovány pomocí logických hradel jako jejich základního stavebního bloku. Každá brána je konstruována pomocí malých elektronických prvků, jako jsou tranzistory, diody a rezistory. Sada logických hradel konstruovaných pomocí vázaných tranzistorů a odporů je souhrnně známá jako rodina hradel TTL. K překonání nedostatků hradel TTL byly pro konstrukci hradel navrženy technologicky vyspělejší metodiky, jako jsou pMOS, nMOS a nejnovější a nejoblíbenější typ polovodičů s komplementárním oxidem kovů nebo CMOS.
V integrovaném obvodu jsou hradla postavena na křemíkové destičce, odborně nazývané jako substrát. Na základě technologie použité pro konstrukci brány jsou integrované obvody také kategorizovány do rodin TTL a CMOS kvůli přirozeným vlastnostem základní konstrukce brány, jako jsou úrovně napětí signálu, spotřeba energie, doba odezvy a rozsah integrace.
Více o TTL
James L. Buie z TRW vynalezl TTL v roce 1961 a sloužil jako náhrada za DL a RTL logiku a byl IC volbou pro přístrojové a počítačové obvody po dlouhou dobu. Metody integrace TTL se neustále vyvíjejí a ve specializovaných aplikacích se stále používají moderní balíčky.
Logická hradla TTL jsou postavena ze spřažených bipolárních tranzistorů a odporů, aby vytvořily hradlo NAND. Nízký vstup (IL) a vysoký vstup (IH) mají rozsahy napětí 0 < IL < 0,8 a 2,2 < IH < 5,0 v uvedeném pořadí. Rozsahy nízkého výstupního a vysokého výstupního napětí jsou 0 < OL < 0,4 a 2,6 < OH < 5,0 v objednávce. Přijatelná vstupní a výstupní napětí hradel TTL jsou podrobena statické disciplíně, aby se zavedla vyšší úroveň odolnosti proti šumu při přenosu signálu.
TTL brána má v průměru ztrátový výkon 10 mW a zpoždění šíření 10 nS při napájení zátěže 15pF/400 ohmů. Spotřeba energie je ale ve srovnání s CMOS spíše konstantní. TTL má také vyšší odolnost proti elektromagnetickému rušení.
Mnoho variant TTL je vyvinuto pro specifické účely, jako jsou radiačně odolné TTL balíčky pro vesmírné aplikace a Low-power Schottky TTL (LS), které poskytují dobrou kombinaci rychlosti (9,5ns) a snížené spotřeby energie (2mW)
Více o CMOS
V roce 1963 vynalezl Frank Wanlass z Fairchild Semiconductor technologii CMOS. Nicméně, první integrovaný obvod CMOS byl vyroben až v roce 1968. Frank Wanlass patentoval vynález v roce 1967, když v té době pracoval pro RCA.
Logická rodina CMOS se stala nejrozšířenější logickou rodinou díky svým četným výhodám, jako je nižší spotřeba energie a nízká hlučnost během přenosových úrovní. Všechny běžné mikroprocesory, mikrokontroléry a integrované obvody využívají technologii CMOS.
Logická hradla CMOS jsou konstruována pomocí tranzistorů FET s efektem pole a obvody většinou postrádají odpory. Díky tomu brány CMOS nespotřebovávají vůbec žádnou energii během statického stavu, kdy vstupy signálu zůstávají nezměněny. Nízký vstup (IL) a vysoký vstup (IH) mají rozsahy napětí 0 < IL < 1,5 a 3,5 < IH < 5.0 a rozsahy nízkého výstupního a vysokého výstupního napětí jsou 0 < OL3 6032.5 a 4,95 < OH < 5,0 v tomto pořadí.
Jaký je rozdíl mezi CMOS a TTL?
• Komponenty TTL jsou relativně levnější než ekvivalentní komponenty CMOS. Technologie CMO však bývá ekonomická ve větším měřítku, protože komponenty obvodu jsou menší a vyžadují méně regulace ve srovnání s komponenty TTL.
• Komponenty CMOS během statického stavu nespotřebovávají energii, ale spotřeba energie se zvyšuje s taktovací frekvencí. Na druhou stranu TTL má konstantní úroveň spotřeby energie.
• Vzhledem k tomu, že CMOS má nízké požadavky na proud, spotřeba energie je omezená a obvody jsou proto levnější a snadněji se navrhují pro řízení spotřeby.
• Kvůli delším časům náběhu a poklesu mohou být digitální signály v prostředí CMO levnější a komplikovanější.
• Komponenty CMOS jsou citlivější na elektromagnetické rušení než komponenty TTL.
