Kaj je tranzistorska tranzistorska logika (TTL) in njeno delovanje

Kaj je tranzistorska tranzistorska logika (TTL) in njeno delovanje

Logična vrata, kot sta NAND, NOR, se uporabljajo v vsakodnevnih aplikacijah za izvajanje logičnih operacij. Vrata se proizvajajo s polprevodniškimi napravami, kot so BJT, diode ali FET. Različni vhodi so izdelani z uporabo integriranih vezij. Digitalna logična vezja so izdelana glede na specifično tehnologijo vezij ali logične družine. Različne logične družine so RTL (tranzistorska logika upora), DTL (tranzistorska logika diode), TTL (tranzistorsko-tranzistorska logika), ECL (logika, povezana z oddajnikom) in CMOS (komplementarna polprevodniška logika kovinskega oksida). Od teh se RTL in DTL redko uporabljata. Ta članek obravnava pregled a Tranzistor-tranzistorska logika ali TTL .



Zgodovina tranzistor-tranzistor logike

Logiko TTL oziroma tranzistor-tranzistorska logika je leta 1961 izumil 'James L. Buie iz TRW'. Primeren je za razvoj novih integriranih vezij. Dejansko ime tega TTL je TCTL, kar pomeni tranzistorsko povezano tranzistorsko logiko. Leta 1963 je prvo komercialno napravo TTL izdelala 'Sylvania', znana kot SUHL ali 'Sylvania Universal High-Level Logic family'.


Potem ko so teksaški inženirji instrumentov leta 1964 lansirali IC-je serije 5400 z območjem vojaške temperature, je postala zelo priljubljena logika Transistor-Transistor Logic. Po tem je bila v letu 1966 serija 7400 predstavljena v ožjem obsegu.





Združljive dele 7400 družin, ki so jih lansirali teksaški instrumenti, je oblikovalo več podjetij, kot so National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa itd. Ena in edina proizvodnja Podjetje, kot je IBM, je za lastno uporabo uvedlo nezdružljiva vezja, ki uporabljajo TTL.

Logika tranzistor-tranzistor je bila uporabljena za številne generacije bipolarne logike s počasnim izboljševanjem hitrosti in izkoriščenosti moči v približno dveh desetletjih. Običajno vsak čip TTL vključuje na stotine tranzistorjev. Na splošno funkcije v enem paketu segajo od logičnih vrat do mikroprocesorja.
Prvi osebni računalnik, kot je Kenbak-1, je bil za svoj CPU uporabljen Transistor-Transistor Logic kot nadomestni mikroprocesor. V letu 1970 so Datapoint 2200 uporabljali komponente TTL in je bil osnova za 8008 in po tem nabor ukazov x86.



GUI, ki ga je Xerox alto uvedel leta 1973, in delovne postaje Star leta 1981 so uporabljali vezja TTL, ki so vgrajena na ravni ALU.


Kaj je tranzistor-tranzistorska logika (TTL)?

Tranzistor-tranzistorska logika (TTL) je logična družina, sestavljena iz BJT (bipolarni križni tranzistorji). Kot že ime pove, ima tranzistor dve funkciji, kot sta logika, pa tudi ojačevanje. Najboljši primeri TTL so logična vrata, in sicer vrata 7402 NOR in vrata 7400 NAND.

Logika TTL vključuje več tranzistorjev z več oddajniki in več vhodov. Vrste TTL ali tranzistor-tranzistorska logika v glavnem vključujejo standardni TTL, Fast TTL, Schottky TTL, TTL velike moči, TTL majhne moči in Advanced TTL Schottky.

Načrtovanje logičnih vrat TTL lahko izvedemo z upori in BJT-ji. Obstaja več različic TTL, ki so razvite za različne namene, kot so sevalni kaljeni paketi TTL za vesoljske aplikacije in Schottkyjeve diode majhne moči, ki lahko nudijo odlično kombinacijo hitrosti in manjše porabe energije.

Vrste tranzistor-tranzistorska logika

TTL-ji so na voljo v različnih vrstah, njihova razvrstitev pa je narejena na podlagi rezultatov, kot sledi.

  • Standardni TTL
  • Hiter TTL
  • Schottky TTL
  • TTL visoke moči
  • TTL nizke moči
  • Napredni Schottky TTL.

Nizkoenergijski TTL deluje s preklopno hitrostjo 33ns, da zmanjša porabo energije približno 1 mW. Trenutno je bilo to nadomeščeno s pomočjo CMOS logike. Hitri TTL ima hitrejše preklapljanje v primerjavi z običajnim TTL, kot je 6ns. Vendar ima visoko odvajanje moči približno 22 mW.

Schottky TTL je bil predstavljen leta 1969 in se uporablja za izogibanje shranjevanju naboja, da se poveča čas preklopa z uporabo Schottky diodnih objemk na terminalu vrat. Ti terminali delujejo v 3ns, vendar vključujejo visoko odvajanje moči, kot je 19 mW

TTL nizke moči uporablja visoke vrednosti odpornosti TTL nizke moči. Schottkyjeve diode bodo zagotavljale dobro mešanico hitrosti in zmanjšali izkoristek moči, približno 2 mW. To je najbolj splošen tip TTL, ki se uporablja kot logika lepila v mikroračunalnikih in v bistvu nadomešča pretekle poddružine, kot so L, H & S.

Hitri TTL se uporablja za povečanje prehoda od nizkega do visokega. Te družine so dosegle PDP 4pJ in 10 pJ. LVTTL ali nizkonapetostni TTL za napajalnike 3,3 V kot tudi vmesnik pomnilnika.

Večina oblikovalcev ponuja komercialne in obsežne temperaturne razpone. Na primer, temperaturno območje 7400 delov serije Texas Instruments se giblje med 0 - 70 ° C in 5400 serijsko temperaturno območje je od -55 do +125 ° C. Deli z visoko zanesljivostjo in posebno kakovostjo so dostopni za vesoljsko in vojaško uporabo, sevalne naprave iz serije SNJ54 pa se uporabljajo v vesoljskih aplikacijah.

Značilnosti TTL

Značilnosti TTL vključujejo naslednje.

  1. Fan Out: Število obremenitev, ki jih lahko odda GATE, ne da bi to vplivalo na njegovo običajno delovanje. Pod obremenitvijo mislimo na količino toka, ki jo zahteva vhod drugih vrat, povezanih z izhodom danih vrat.
  2. Odvajanje moči: Predstavlja količino energije, ki jo potrebuje naprava. Meri se v mW. Običajno gre za zmnožek napajalne napetosti in količine povprečnega porabljenega toka, kadar je izhod visok ali nizek.
  3. Zakasnitev širjenja: Predstavlja čas prehoda, ki poteče, ko se spremeni vhodna raven. Zakasnitev, ki nastane pri prehodu izhoda, je zakasnitev širjenja.
  4. Meja hrupa: Predstavlja količino dovoljene napetosti hrupa na vhodu, ki ne vpliva na standardni izhod.

Klasifikacija tranzistor-tranzistorska logika

To je logična družina, sestavljena v celoti iz tranzistorjev. Uporablja tranzistor z več oddajniki. Komercialno se začne s serijami 74, kot so 7404, 74S86 itd. Zgradil ga je leta 1961 James L Bui in se komercialno uporablja pri logičnem načrtovanju leta 1963. TTL-ji so razvrščeni glede na rezultate.

Odprite izhod zbiralnika

Glavna značilnost je, da je njegova moč 0, kadar je nizka, in plavajoča, ko je visoka. Običajno se lahko uporabi zunanji Vcc.

Odprti kolektorski izhod tranzistorske tranzistorske logike

Odprti kolektorski izhod tranzistorsko-tranzistorske logike

Tranzistor Q1 se obnaša kot skupek diod, nameščenih drug ob drugem. Pri katerem koli vhodu pri nizki logiki je ustrezen spoj oddajnik-osnova pristranski in padec napetosti na dnu Q1 je približno 0,9V, kar ni dovolj za tranzistorje Q2 in Q3. Izhod je torej plavajoči ali Vcc, to je na visoki ravni.

Podobno, ko so vsi vhodi visoki, so vsi križišča baznega oddajnika Q1 obratno pristranski in tranzistor Q2 in Q3 dobita dovolj osnovnega toka in sta v načinu nasičenja. Izhod je na nizki logiki. (Da tranzistor preide v nasičenost, mora biti kolektorski tok večji od β-kratnik osnovnega toka).

Aplikacije

Aplikacije odprtega kolektorskega izhoda vključujejo naslednje.

  • V svetilkah ali relejih
  • Pri izvajanju žične logike
  • Pri gradnji skupnega sistema vodila

Izhod totemskega pola

Totem Pole pomeni dodajanje aktivnega vlečnega tokokroga na izhodu vrat, kar povzroči zmanjšanje zakasnitve širjenja.

Izhod totemskega pola TTL

Izhod totemskega pola TTL

Logično delovanje je enako kot izhod odprtega kolektorja. Uporaba tranzistorjev Q4 in diode je namenjena hitremu polnjenju in praznjenju parazitske kapacitivnosti čez Q3. Upor se uporablja za ohranjanje izhodnega toka na varni vrednosti.

Tri državna vrata

Omogoča tri izhodne podatke, kot sledi

  • Stanje na nizki ravni, ko je spodnji tranzistor vklopljen, zgornji pa izklopljen.
  • Stanje na visoki ravni, ko je spodnji tranzistor izklopljen, zgornji pa vklopljen.
  • Tretje stanje, ko sta oba tranzistorja izklopljena. To omogoča neposredno žično povezavo številnih izhodov.
Tranzistorska tranzistorska logika treh državnih vrat

Tranzistorsko-tranzistorska logika treh državnih vrat

Družinske značilnosti TTL

Značilnosti družine TTL vključujejo naslednje.

  • Logična nizka raven je pri 0 ali 0,2V.
  • Logika na visoki ravni je 5V.
  • Tipičen ventilator od 10. To pomeni, da lahko podpira največ 10 vrat na svojem izhodu.
  • Osnovna naprava TTL porabi moč skoraj 10mW, kar se zmanjša z uporabo Schottkyjevih naprav.
  • Povprečna zakasnitev širjenja je približno 9ns.
  • Meja hrupa je približno 0,4V.

Serija TTL IC

IC TTL se večinoma začnejo s 7 serijami. Ima 6 poddružin:

  1. Naprava z majhno močjo z zakasnitvijo širjenja 35 ns in odvajanjem moči 1mW.
  2. Schottky z majhno močjo naprava z zamikom 9ns
  3. Napredna Schottkyjeva naprava z zamikom 1,5ns.
  4. Napredni Schottky z majhno močjo naprava z zakasnitvijo 4 ns in odvajanjem moči 1mW.

V kateri koli nomenklaturi naprav TTL prvi dve imeni označujeta ime poddružine, ki ji naprava pripada. Prvi dve števki označujeta temperaturno območje delovanja. Naslednji dve abecedi označujeta poddružino, ki ji pripada naprava. Zadnji dve števki označujeta logično funkcijo, ki jo izvaja čip. Primeri so 74LS02-2 niti vhodna NOR vrata, 74LS10- Triple 3 vhodna NAND vrata.

Tipična vezja TTL

Logic Gates se uporabljajo v vsakdanjem življenju v aplikacijah, kot so sušilnik za oblačila, računalniški tiskalnik, zvonec itd.

Trije osnovni logični vhodi, izvedeni z uporabo TTL logike, so navedeni spodaj:

NOR vrata

Recimo, da je vhod A na logični ravni, da je ustrezni tranzistorski priključek oddajnik-osnova vzvratno pristranski in priključek osnova-kolektor naprej. Tranzistor Q3 dobi osnovni tok iz napajalne napetosti Vcc in gre v nasičenje. Kot rezultat nizke napetosti kolektorja iz Q3 se tranzistor Q5 prekine, po drugi strani pa, če je drug vhod nizek, se Q4 odreže in Q5 se prekine, izhod pa se prek tranzistorja Q3 priključi neposredno na tla . Če sta oba vhoda logično nizka, bo izhod logično visok.

NOR Gate TTL

NOR Gate TTL

NE Vrata

Ko je vhod nizek, je ustrezen spoj osnovnega oddajnika prednaklonjen, križišče osnovnega kolektorja pa obratno. Kot rezultat je tranzistor Q2 odrezan in tudi tranzistor Q4 je odrezan. Tranzistor Q3 preide v nasičenost in dioda D2 začne prevoditi, izhod pa je povezan z Vcc in gre na visoko logično vrednost. Podobno, ko je vhod na logični ravni, je izhod na logično nizki ravni.

NE Vhod TTL

NE Vhod TTL

Primerjava TTL z drugimi logičnimi družinami

Naprave TTL običajno porabijo več energije v primerjavi z napravami CMOS, vendar se poraba energije ne poveča s hitrostjo takta za naprave CMOS. V primerjavi s trenutnimi ECL vezji tranzistorsko-tranzistorska logika uporablja majhno moč, vendar ima preprosta pravila načrtovanja, vendar je bistveno počasnejša.

Proizvajalci lahko združijo naprave TTL in ECL v isti sistem, da dosežejo najboljše zmogljivosti, vendar so naprave, kot je premik nivoja, med obema logičnima družinama nujne. TTL je v primerjavi z zgodnjimi napravami CMOS nizko občutljiv na poškodbe zaradi elektrostatičnega praznjenja.

Zaradi o / p strukture naprave TTL je impedanca o / p asimetrična med nizkim in visokim stanjem, zaradi česar so neprimerni za pogon daljnovodov. Običajno se ta pomanjkljivost premaga z medpomnjenjem o / p z uporabo posebnih naprav za vodenje linij, kjer koli signali zahtevajo prenos po celotnih kablih.

Struktura o / p totemskega pola TTL se pogosto hitro prekriva, ko vodita tako višji kot spodnji tranzistor, kar povzroči znaten signal toka, ki se napaja iz napajalnika.

Ti signali se lahko nenadoma povežejo med več paketi IC, kar ima za posledico nižje zmogljivosti in manjšo mejo hrupa. Na splošno sistemi TTL uporabljajo ločilni kondenzator za vsak, sicer dva paketa IC, tako da trenutni signal iz enega čipa TTL trenutno ne zmanjša napetosti napajalne napetosti na drugo.

Trenutno številni oblikovalci dobavljajo ekvivalente logike CMOS prek nivojev i / p & o / p, združljivih s TTL, prek številk delov, ki so povezane z ustrezno komponento TTL, vključno z enakimi pinouti. Tako bo na primer serija 74HCT00 zagotovila več nadomestnih nadomestnih delov za bipolarne serije 7400, vendar uporablja tehnologijo CMOS.

Primerjava TTL z drugimi logičnimi družinami glede na različne specifikacije vključuje naslednje.

Specifikacije TTL CMOS

ECL

Osnovna vrata

NAND

NI / NAND

ALI / NE

Komponente

Pasivni elementi in tranzistorji

MOSFET-ji

Pasivni elementi in tranzistorji

Odzračevanje

10.

> 50

25.

Odpornost proti hrupu

Močna

Izredno močna

Dobro

Meja hrupa

Zmerno

Visoko

Nizko

TPD v ns

1,5 do 30

1 do 210

1 do 4

Hitrost v MHz

35

10.

> 60

Moč / vrata v mWatt

10.

0,0025

40 do 55

Slika zaslug

100

0,7

40 do 50

Tranzistor-tranzistorski logični pretvornik

Naprave tranzistorske tranzistorske logike (TTL) so zamenjale diodno tranzistorsko logiko (DTL), saj delujejo hitreje in so cenejše za delovanje. IC NAND z vhodom Quad 2 uporablja napravo 7400 TTL za načrtovanje širokega spektra vezij, ki se uporablja kot pretvornik.

Zgornji diagram vezja uporablja vrata NAND znotraj IC. Torej izberite stikalo A, da aktivirate vezje, nato boste opazili, da se obe LED v vezju ugasneta. Če je izhod nizek, mora biti vhod visok. Po tem izberite stikalo B, nato se obe LED prižgeta.

Ko izberete stikalo A, bosta oba vhoda vrat NAND visoka, kar pomeni, da bo izhod logičnih vrat manjši. Ko je izbrano stikalo B, vhodi še dolgo ne bodo visoki, LED-diode pa se vklopijo.

Prednosti in slabosti

Prednosti slabosti TTL vključujejo naslednje.

Glavna prednost TTL je v tem, da lahko enostavno povežemo z drugimi vezji in zmožnostjo generiranja težkih logičnih funkcij zaradi določenih napetostnih ravni in dobrih meja hrupa. TTL ima dobre lastnosti, kot je ventilator, kar pomeni število i / p signalov, ki je mogoče sprejeti prek vnosa.

TTL je v glavnem imunski na škodo zaradi stacionarnih električnih izpustov, ki niso podobni CMOS, in v primerjavi s CMOS so ekonomični. Glavna pomanjkljivost TTL je velika izkoriščenost toka. Visoke trenutne zahteve TTL lahko vodijo do žaljivega delovanja, ker bodo o / p države izklopljene. Tudi z različicami TTL, ki imajo nizko trenutno porabo, bodo konkurenčne CMOS-u.

S prihodom CMOS-a so bile aplikacije TTL zamenjane s sistemom CMOS. Toda TTL se še vedno uporablja v aplikacijah, ker so precej robustne in logična vrata so dokaj poceni.

Aplikacije TTL

Aplikacije TTL vključujejo naslednje.

  • Uporablja se v aplikaciji krmilnika za zagotavljanje 0 do 5Vs
  • Uporablja se kot preklopna naprava v svetilkah in relejih
  • Uporablja se v procesorjih mini računalniki kot DEC VAX
  • Uporablja se v tiskalnikih in terminalih za video prikaz

Tu gre torej za to pregled logike TTL ali tranzistor-tranzistor . To je skupina IC, ki ohranja logična stanja in doseže preklapljanje z uporabo BJT. TTL je eden od razlogov, da se IC tako pogosto uporabljajo, ker so poceni, hitrejši in visoko zanesljivi v primerjavi s TTL in DTL. TTL uporablja tranzistorje skozi več oddajnikov v vratih, ki imajo več vhodov. Tukaj je vprašanje za vas, katere so podkategorije tranzistor-tranzistorska logika?