Mikä on transistori-transistorilogiikka (TTL) ja sen toiminta

Logiikkaportteja, kuten NAND, NOR, käytetään päivittäisissä sovelluksissa logiikkatoimintojen suorittamiseen. Portit valmistetaan puolijohdelaitteilla, kuten BJT, diodit tai FET. Eri portit rakennetaan integroiduilla piireillä. Digitaaliset logiikkapiirit valmistetaan tietystä piiritekniikasta tai logiikkaperheistä riippuen. Eri logiikkaperheitä ovat RTL (vastustransistorilogiikka), DTL (dioditransistorilogiikka), TTL (transistori-transistorilogiikka), ECL (lähettimen kytketty logiikka) ja CMOS (täydentävä metallioksidipuolijohdelogiikka). Näistä RTL: tä ja DTL: ää käytetään harvoin. Tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta a Transistori-transistorilogiikka tai TTL .

Transistori-transistori-logiikan historia

TTL- tai transistori-transistori-logiikan keksi vuonna 1961 ”James L.Buie TRW: stä”. Se soveltuu uusien integroitujen piirien kehittämiseen. Tämän TTL: n varsinainen nimi on TCTL, mikä tarkoittaa transistorikytkettyä transistorilogiikkaa. Vuonna 1963 ensimmäiset kaupalliset TTL-laitteet suunnitteli ”Sylvania”, joka tunnetaan nimellä SUHL tai ”Sylvania Universal High-Level Logic family”.

Kun Texas-instrumenttiinsinöörit julkaisivat 5400-sarjan IC: t vuonna 1964 armeijan lämpötilan alueella, Transistori-Transistori-logiikka tuli erittäin suosituksi. Sen jälkeen 7400-sarja lanseerattiin kapeammalla alueella vuonna 1966.

Texasin instrumenttien lanseeraamat 7400 perheen yhteensopivat osat ovat suunnitelleet useat yritykset, kuten National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa jne. IBM: n kaltainen yritys lanseerasi yhteensopimattomat piirit, jotka käyttivät TTL: ää omaan käyttöön.

Transistori-transistori-logiikkaa sovellettiin moniin kaksisuuntaisen logiikan sukupolveihin parantamalla hitaasti nopeutta ja virrankäyttöä noin kahden vuosikymmenen ajan. Yleensä jokainen TTL-siru sisältää satoja transistoreita. Yleensä toiminnot yhdessä paketissa vaihtelevat logiikkaporteista mikroprosessoriin.
Ensimmäistä tietokonetta, kuten Kenbak-1, käytettiin Transistor-Transistor Logicia prosessoriinsa mikroprosessorin vaihtoehtona. Vuonna 1970 Datapoint 2200: ssa käytettiin TTL-komponentteja, ja se oli perusta 8008: lle ja sen jälkeen x86-käskyjoukolle.

Xerox alton vuonna 1973 käyttöön ottamassa käyttöliittymässä sekä Star-työasemissa vuonna 1981 käytettiin TTL-piirejä, jotka on integroitu ALU-tasoille.

Mikä on transistori-transistorilogiikka (TTL)?

Transistori-transistorilogiikka (TTL) on logiikkaperhe, joka koostuu BJT: stä (bipolaariset liitostransistorit). Kuten nimestä voi päätellä, transistori suorittaa kaksi toimintoa, kuten logiikka sekä vahvistaminen. Parhaita esimerkkejä TTL: stä ovat logiikkaportit, nimittäin 7402 NOR Gate ja 7400 NAND gate.

TTL-logiikka sisältää useita transistoreita, joissa on useita lähettimiä, sekä useita tuloja. TTL- tai transistori-transistori-logiikkatyypit sisältävät pääasiassa tavallisen TTL: n, nopean TTL: n, Schottky TTL: n, suuritehoisen TTL: n, pienitehoisen TTL: n ja Advanced Schottky TTL: n.

TTL-logiikkaporttien suunnittelu voidaan tehdä vastuksilla ja BJT: llä. TTL: stä on useita muunnelmia, jotka on kehitetty eri tarkoituksiin, kuten säteilykovetetut TTL-paketit avaruuteen ja pienitehoiset Schottky-diodit, jotka tarjoavat erinomaisen yhdistelmän nopeutta ja pienempää virrankulutusta.

Transistori-transistori-logiikan tyypit

TTL: itä on saatavana erityyppisinä, ja niiden luokittelu tehdään seuraavan tuotoksen perusteella.

• Vakio TTL
• Nopea TTL
• Schottky TTL
• Suuritehoinen TTL
• Pienitehoinen TTL
• Edistynyt Schottky TTL.

Pienitehoinen TTL toimii 33ns: n kytkentänopeudella vähentääkseen virrankulutusta, kuten 1 mW. Tällä hetkellä tämä korvattiin CMOS-logiikan avulla. Nopealla TTL: llä on nopeampi kytkentä verrattuna normaaliin TTL: ään, kuten 6ns. Sillä on kuitenkin suuri tehohäviö, kuten 22 mW.

Schottky TTL lanseerattiin vuonna 1969, ja sitä käytetään varauksen varastoinnin välttämiseksi kytkentäajan pidentämiseksi käyttämällä Schottky-diodipidikkeitä porttipäätteessä. Nämä porttiliittimet toimivat 3ns: ssä, mutta niihin sisältyy suuri tehohäviö, kuten 19 mW

Pienitehoinen TTL käyttää suuritehoisia TTL-vastusarvoja. Schottky-diodit tarjoavat hyvän sekoituksen nopeudesta ja vähentävät virrankulutusta, kuten 2 mW. Tämä on yleisin TTL-tyyppi, jota käytetään mikrotietokoneissa, kuten liimalogiikka, korvaa pohjimmiltaan aiemmat alaryhmät, kuten L, H & S.

Nopeaa TTL: ää käytetään lisäämään siirtymistä matalasta korkeaan. Nämä perheet saavuttivat vastaavasti PDP: t 4pJ ja 10 pJ. LVTTL tai matalajännitteinen TTL 3,3 V: n virtalähteille sekä muistiliitännöille.

Suurin osa suunnittelijoista tarjoaa sekä kaupallisia että laajoja lämpötila-alueita. Esimerkiksi Texas Instrumentsin 7400-sarjan osien lämpötila-alue vaihtelee välillä 0-70 ° C ja 5400-sarjan lämpötila-alue on välillä -55 - +125 ° C. Korkean luotettavuuden ja erityisen laadukkaat osat ovat käytettävissä ilmailu- ja sotilasalalla, kun taas SNJ54-sarjan säteilylaitteita käytetään avaruussovelluksissa.

TTL: n ominaisuudet

TTL: n ominaisuuksiin kuuluvat seuraavat.

1. Tuuletin ulos: Kuormien lukumäärä, jonka GATE voi ajaa vaikuttamatta sen tavanomaiseen suorituskykyyn. Kuormalla tarkoitamme virran määrää, joka tarvitaan toisen portin tuloon, joka on kytketty annetun portin lähtöön.
2. Tehohäviö: Se edustaa laitteen tarvitsemaa virran määrää. Se mitataan yksikköinä MW. Se on yleensä syöttöjännitteen ja keskimääräisen virran määrän tulo, kun lähtö on korkea tai matala.
3. Etenemisviive: Se edustaa siirtymäaikaa, joka kuluu tulotason muuttuessa. Viive, joka tapahtuu lähdön siirtymiselle, on etenemisviive.
4. Melumarginaali: Se edustaa sisääntulossa sallittua melujännitettä, joka ei vaikuta vakiolähtöön.
   

Transistori-transistori-logiikan luokitus

Se on looginen perhe, joka koostuu kokonaan transistoreista. Se käyttää transistoria, jossa on useita lähettimiä. Kaupallisesti se alkaa 74-sarjasta, kuten 7404, 74S86 jne. Sen rakensi vuonna 1961 James L Bui ja sitä käytettiin kaupallisesti logiikkasuunnittelussa vuonna 1963. TTL: t luokitellaan tuotoksen perusteella.

Avaa Collector Output

Tärkein ominaisuus on, että sen lähtö on 0 matalalla ja kelluva korkealla. Yleensä ulkoista Vcc: tä voidaan käyttää.

Transistori-transistori-logiikan avoin kollektorilähtö

Transistori Q1 käyttäytyy taaksepäin sijoitettujen diodien ryhmänä. Kun mikä tahansa tulo on logiikan matalalla, vastaava emitteripohjainen risteys on eteenpäin esijännitetty ja jännitteen pudotus Q1-pohjan yli on noin 0,9 V, ei riitä transistoreiden Q2 ja Q3 johtamiseen. Siksi lähtö on joko kelluva tai Vcc, ts. Korkea.

Vastaavasti, kun kaikki tulot ovat korkeat, kaikki Q1: n emäs-emitteriliitännät ovat päinvastaisia ​​ja transistorit Q2 ja Q3 saavat tarpeeksi kantavirtaa ja ovat kyllästystilassa. Lähtö on logiikan matalalla. (Jotta transistori menee kylläisyydelle, kollektorivirran tulisi olla suurempi kuin β kertaa perusvirta).

Sovellukset

Avoimen kollektorilähdön sovellukset sisältävät seuraavat.

• Ajovalaisimissa tai releissä
• Suoritettaessa langallista logiikkaa
• Yhteisen väyläjärjestelmän rakentamisessa

Totemipylväänen ulostulo

Totem-napa tarkoittaa aktiivisen vetopiirin lisäämistä portin ulostulossa, mikä vähentää etenemisviivettä.

Totem-napalähtö TTL

Looginen toiminta on sama kuin avoimen kollektorilähdön. Transistoreiden Q4 ja diodien avulla on tarkoitus saada aikaan parasiittikapasitanssin nopea lataaminen ja purkaminen Q3: n yli. Vastusta käytetään pitämään lähtövirta turvallisena.

Kolme valtion porttia

Se tarjoaa 3 tilalähtöä kuten seuraava

• Matalan tason tila, kun alempi transistori on PÄÄLLÄ ja ylempi transistori on POIS PÄÄLTÄ.
• Korkean tason tila, kun alempi transistori on pois päältä ja ylempi transistori on päällä.
• Kolmas tila, kun molemmat transistorit ovat pois päältä. Se mahdollistaa suoran johdinliitännän monista lähdöistä.

Kolmen valtion portin transistori-transistori-logiikka

TTL-perheen ominaisuudet

TTL-perheen ominaisuuksiin kuuluvat seuraavat.

• Looginen matala taso on 0 tai 0,2 V.
• Looginen korkea taso on 5 V: lla.
• Tyypillinen tuuletin 10: stä. Se tarkoittaa, että se voi tukea enintään 10 porttia lähdössä.
• Perus-TTL-laite käyttää melkein 10 mW tehoa, mikä pienenee Schottky-laitteiden avulla.
• Keskimääräinen etenemisviive on noin 9ns.
• Melumarginaali on noin 0,4 V.

TTL-IC-sarja

TTL IC: t alkavat enimmäkseen 7-sarjasta. Siinä on 6 alaperhettä, jotka on annettu seuraavasti:

1. Pienitehoinen laite, jonka etenemisviive on 35 ns ja tehohäviö 1mW.
2. Pienitehoinen Schottky laite viiveellä 9ns
3. Edistynyt Schottky-laite 1,5 n: n viiveellä.
4. Edistynyt pienitehoinen Schottky laite, jonka viive on 4 ns ja tehohäviö 1mW.

Missä tahansa TTL-laitteiden nimikkeistössä kaksi ensimmäistä nimeä osoittavat sen alaryhmän nimen, johon laite kuuluu. Kaksi ensimmäistä numeroa ilmaisevat toimintalämpötilan. Kaksi seuraavaa aakkosia ilmaisevat alaryhmän, johon laite kuuluu. Kaksi viimeistä numeroa ilmaisevat sirun suorittaman logiikkatoiminnon. Esimerkkejä ovat 74LS02- 2 eivätkä sisääntuleva NOR-portti, 74LS10- Triple 3 -tulon NAND-portti.

Tyypilliset TTL-piirit

Logiikkaportteja käytetään jokapäiväisessä elämässä esimerkiksi kuivausrumpu, tietokonetulostin, ovikello jne.

TTL-logiikalla toteutetut 3 logiikan perusporttia ovat seuraavat: -

NOR-portti

Oletetaan, että tulo A on logiikkakorkealla, vastaavan transistorin emitteri-pohja-liitos on käänteinen ja tukiaseman-kollektorin liitos on eteenpäin esijännitetty. Transistori Q3 saa perusvirran syöttöjännitteestä Vcc ja menee kyllästykseen. Q3: n matalan kollektorijännitteen seurauksena transistori Q5 menee katkaisemaan ja toisaalta, jos toinen tulo on matala, Q4 katkaistaan ​​ja vastaavasti Q5 katkaistaan ​​ja lähtö liitetään suoraan maahan transistorin Q3 kautta . Vastaavasti, kun molemmat tulot ovat logiikan alhaisia, lähtö on logiikkakorkealla.

NOR Gate TTL

EI porttia

Kun tulo on alhainen, vastaava emäs-emitteriliitäntä on esijännitetty ja tukiasema-kollektori-liitos on käänteinen. Tämän seurauksena transistori Q2 katkaistaan ​​ja myös transistori Q4 katkaistaan. Transistori Q3 menee kylläisyydelle ja diodi D2 alkaa johtaa ja lähtö on kytketty Vcc: hen ja menee logiikkakorkealle. Vastaavasti, kun tulo on logiikan yläpuolella, lähtö on logiikan matalalla.

EI Gate TTL

TTL-vertailu muihin logiikkaperheisiin

TTL-laitteet käyttävät yleensä enemmän virtaa kuin CMOS-laitteet, mutta virrankäyttö ei paranna CMOS-laitteiden kellotaajuutta. Verrattuna nykyisiin ECL-piireihin transistori-transistori-logiikka käyttää matalaa tehoa, mutta sillä on yksinkertaiset suunnittelusäännöt, mutta se on huomattavasti hitaampaa.

Valmistajat voivat yhdistää TTL- ja ECL-laitteet samaan järjestelmään parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi, mutta kahden logiikkaperheen välillä tarvitaan laitteita, kuten tasonsiirto. TTL on vähän herkkä sähköstaattisen purkauksen vaurioille verrattuna varhaisiin CMOS-laitteisiin.

TTL-laitteen o / p-rakenteen takia o / p-impedanssi on epäsymmetrinen matalan ja korkean tilan keskuudessa, mikä tekee niistä sopimattomia siirtolinjojen käyttämiseen. Yleensä tämä haittapuoli ratkaistaan ​​puskuroimalla o / p käyttämällä erityisiä linja-ohjainlaitteita aina, kun signaaleja on lähetettävä kaapeleiden läpi.

TTL: n totemipylvään o / p-rakenteella on usein nopea päällekkäisyys, kun molemmat ylemmät ja alemmat transistorit johtavat, mikä johtaa merkittävään virtasignaaliin virtalähteestä.

Nämä signaalit voivat muodostaa yhteyden äkillisin menetelmin useiden IC-pakettien kesken, mikä johtaa heikompaan suorituskykyyn ja pienempään melumarginaaliin. Yleensä TTL-järjestelmät käyttävät irrotuskondensaattoria kullekin muuten kahdelle IC-paketille, joten yhden TTL-sirun virtasignaali ei vähennä hetkellisesti jännitesyöttöjännitettä toiselle.

Tällä hetkellä monet suunnittelijat toimittavat CMOS-logiikkaekvivalentteja TTL-yhteensopivien i / p & o / p-tasojen kautta osanumeroiden kautta, jotka liittyvät vastaavaan TTL-komponenttiin, mukaan lukien samat pinoutit. Joten esimerkiksi 74HCT00-sarja tarjoaa useita pudotusvaihtoehtoja 7400 kaksisuuntaisen sarjan osille, mutta käyttää CMOS-tekniikkaa.

TTL: n vertailu muihin logiikkaperheisiin eri spesifikaatioiden mukaan sisältää seuraavan.

Transistori-transistori-logiikkamuunnin

Transistori Transistor Logic (TTL) -laitteet ovat korvanneet dioditransistorilogiikan (DTL), koska ne toimivat nopeammin ja ovat halvempia toimia. NAND IC, jossa on Quad 2-tulo, käyttää 7400 TTL -laitetta suunnittelemaan laajan valikoiman piirejä, joita käytetään invertterinä.

Yllä olevassa piirikaaviossa käytetään NAND-portteja IC: ssä. Joten valitse kytkin A aktivoidaksesi piirin, niin voit huomata, että piirin molemmat ledit sammuvat. Kun lähtö on matala, tulon tulisi olla korkea. Valitse sen jälkeen kytkin B, jolloin molemmat ledit syttyvät.

Kun kytkin A on valinnut, molemmat NAND-portin tulot ovat korkeat, mikä tarkoittaa, että logiikkaporttien lähtö on pienempi. Kun kytkin B on valittu, tulot eivät ole korkeat pitkään aikaan ja LEDit syttyvät.

Hyödyt ja haitat

TTL: n haittojen etuja ovat seuraavat.

TTL: n tärkein etu on, että voimme helposti olla yhteydessä muihin piireihin ja kyky tuottaa vaikeita logiikkatoimintoja tiettyjen jännitetasojen ja hyvien melumarginaalien takia voidaan hyväksyä tulon kautta.

TTL on pääasiassa immuuni kiinteiden sähköpurkausten aiheuttamille vahingoille, jotka eivät ole CMOS: n kaltaisia, ja verrattuna CMOS: iin nämä ovat taloudellisia. TTL: n tärkein haittapuoli on korkea virrankäyttö. TTL: n korkeat nykyiset vaatimukset voivat johtaa loukkaavaan toimintaan, koska o / p-tilat kytketään pois päältä. Jopa erilaisilla TTL-versioilla, joilla on pieni virrankulutus, on kilpailukykyinen CMOS: n kanssa.

CMOS: n saapuessa TTL-sovellukset on korvattu CMOS: n kautta. Mutta TTL: ää käytetään edelleen sovelluksissa, koska ne ovat melko vankkoja ja logiikkaportit ovat melko halpoja.

TTL-sovellukset

TTL: n sovellukset sisältävät seuraavat.

• Käytetään ohjainsovelluksessa 0 - 5 V: n syöttämiseen
• Käytetään kytkinlaitteena ajovalaisimissa ja releissä
• Käytetään minitietokoneet kuten DEC VAX
• Käytetään tulostimissa ja videonäyttöpäätteissä

Näin ollen kyse on kaikesta TTL- tai transistori-transistori-logiikan yleiskatsaus . Se on ryhmä IC: itä, jotka pitävät logiikkatilat sekä saavuttavat vaihdon BJT: n avulla. TTL on yksi syy siihen, että IC: itä käytetään niin laajasti, koska ne ovat halpoja, nopeampia ja erittäin luotettavia verrattuna TTL: ään ja DTL: ään. TTL käyttää transistoreita useiden lähettimien kautta portteissa, joissa on useita tuloja. Tässä on kysymys sinulle, mitkä ovat transistori-transistori-logiikan alaluokat?