Kas yra tranzistoriaus tranzistoriaus logika (TTL) ir jos veikimas

Loginiai vartai, tokie kaip NAND, NOR, naudojami kasdienėse programose, atliekant logines operacijas. Vartai gaminami naudojant puslaidininkinius įtaisus, tokius kaip BJT, diodai ar FET. Skirtingi vartai yra sukonstruoti naudojant integrinius grandynus. Skaitmeninės logikos grandinės gaminamos priklausomai nuo konkrečios grandinių technologijos ar loginių šeimų. Skirtingos logikos šeimos yra RTL (rezistoriaus tranzistoriaus logika), DTL (diodo tranzistoriaus logika), TTL (tranzistoriaus-tranzistoriaus logika), ECL (emiterio sujungta logika) ir CMOS (papildoma metalo oksido puslaidininkių logika). Iš jų RTL ir DTL naudojami retai. Šiame straipsnyje aptariama a Transistorius-tranzistoriaus logika arba TTL .

Transistoriaus-tranzistoriaus logikos istorija

TTL arba „Transistor-Transistor Logic“ logiką išrado 1961 m. „James L. Buie iš TRW“. Tai tinka kurti naujus integrinius grandynus. Tikrasis šio TTL pavadinimas yra TCTL, kuris reiškia su tranzistoriumi susietą tranzistoriaus logiką. 1963 m. Pirmuosius komercinius TTL prietaisus sukūrė „Sylvania“, žinoma kaip SUHL arba „Sylvania Universal High-Logic Family“.

Teksaso instrumentų inžinieriams 1964 metais paleidus 5400 serijos IC su karinės temperatūros diapazonu, tada „Transistor-Transistor Logic“ tapo labai populiari. Po to 7400 serija buvo paleista siauresniu diapazonu 1966 m.

Teksaso instrumentų paleidžiamų 7400 šeimų suderinamas dalis suprojektavo kelios bendrovės, tokios kaip „National Semiconductor“, AMD, „Motorola“, „Intel“, „Fairchild“, „Signetics“, „Intersil“, „Mullard“, „SGS-Thomson“, „Siemens“, „Rifa“ ir kt. tokia kompanija kaip IBM buvo paleista nesuderinamos grandinės, naudojančios TTL savo reikmėms.

Transistoriaus-tranzistoriaus logika buvo taikoma daugeliui bipolinės logikos kartų, lėtai gerinant greitį ir energijos panaudojimą maždaug per du dešimtmečius. Paprastai kiekvienoje TTL mikroschemoje yra šimtai tranzistorių. Paprastai vienos pakuotės funkcijos yra nuo loginių vartų iki mikroprocesoriaus.
Pirmasis kompiuteris, pvz., „Kenbak-1“, savo procesoriui buvo naudojamas „Transistor-Transistor Logic“ kaip pakaitinis mikroprocesorius. 1970 m. „Datapoint 2200“ buvo naudojami TTL komponentai, ir tai buvo pagrindas 8008 ir po to „x86“ komandų rinkiniui.

„GUI“, kurią „Xerox alto“ įvedė 1973 m., Taip pat „Star“ darbo stotyse 1981 m. Buvo naudojamos TTL grandinės, kurios yra integruotos ALU lygiu.

Kas yra tranzistoriaus-tranzistoriaus logika (TTL)?

„Transistor-Transistor Logic“ (TTL) yra loginė šeima, kurią sudaro BJT (bipoliniai jungiamieji tranzistoriai). Kaip rodo pavadinimas, tranzistorius atlieka dvi funkcijas, tokias kaip logika, taip pat stiprina. Geriausi TTL pavyzdžiai yra loginiai vartai, būtent 7402 NOR vartai ir 7400 NAND vartai.

TTL logika apima kelis tranzistorius, turinčius keletą spinduolių, taip pat kelis įėjimus. TTL arba tranzistoriaus-tranzistoriaus logikos tipai daugiausia apima standartinį TTL, greitą TTL, Schottky TTL, didelės galios TTL, mažos galios TTL ir Advanced Schottky TTL.

Suprojektuoti loginius TTL vartus galima naudojant rezistorius ir BJT. Yra keletas TTL variantų, kurie yra sukurti skirtingiems tikslams, pvz., Radiacijai atsparūs TTL paketai, skirti naudoti kosmose, ir mažos galios „Schottky“ diodai, kurie gali suteikti puikų greičio ir mažesnio energijos suvartojimo derinį.

Transistoriaus-tranzistoriaus logikos tipai

TTL yra įvairių tipų ir jų klasifikacija atliekama pagal išvestį, kaip nurodyta toliau.

• Standartinis TTL
• Greitas TTL
• Schottky TTL
• Didelės galios TTL
• Mažos galios TTL
• Pažangus „Schottky TTL“.

Mažos galios TTL veikia su 33ns perjungimo greičiu, kad sumažėtų energijos sąnaudos, pavyzdžiui, 1 mW. Šiuo metu tai buvo pakeista naudojant CMOS logiką. Didelio greičio TTL perjungimas yra greitesnis, palyginti su įprastu TTL, pvz., 6ns. Tačiau jis išsklaido didelę galią, pavyzdžiui, 22 mW.

„Schottky TTL“ buvo paleistas 1969 m. Ir yra naudojamas siekiant išvengti įkrovos kaupimo, kad pailgėtų perjungimo laikas, naudojant „Schottky“ diodų spaustukus vartų terminale. Šie vartų gnybtai veikia 3ns, tačiau jie išsklaido didelę galią, pavyzdžiui, 19 mW

Mažos galios TTL naudoja dideles atsparumo vertes iš mažos galios TTL. „Schottky“ diodai užtikrins gerą greičio derinį ir sumažins energijos naudojimą, pvz., 2 mW. Tai yra pats bendriausias TTL tipas, mikrokompiuteriuose naudojamas kaip klijų logika, iš esmės pakeičiantis ankstesnes pogrupius, tokias kaip L, H ir S.

Greitas TTL naudojamas norint padidinti perėjimą nuo žemo iki aukšto. Šios šeimos pasiekė atitinkamai 4pJ ir 10 pJ PDP. LVTTL arba žemos įtampos TTL 3,3 V maitinimo šaltiniams, taip pat atminties sąsajai.

Dauguma dizainerių pateikia komercinius, taip pat didelius temperatūros intervalus. Pavyzdžiui, „Texas Instruments“ 7400 serijos dalių temperatūros diapazonas svyruoja nuo 0 iki 70 ° C, o 5400 serijos temperatūros diapazonas yra nuo -55 iki +125 ° C. Didelio patikimumo ir ypatingos kokybės dalys yra prieinamos kosminėms ir karinėms reikmėms, o SNJ54 serijos radiaciniai įtaisai naudojami kosmoso reikmėms.

TTL charakteristikos

TTL charakteristikos apima šiuos dalykus.

1. Ventiliatoriaus išėjimas: Apkrovų skaičius, kurį vartai gali išgauti, neturėdami įtakos įprastam jo veikimui. Pagal apkrovą mes turime omenyje srovės kiekį, reikalingą kitų vartų, sujungtų su duotų vartų išvestimi, įėjimu.
2. Galios išsklaidymas: Tai reiškia prietaisui reikalingą energijos kiekį. Jis matuojamas mW. Paprastai tai yra maitinimo įtampos ir vidutinės srovės, gaunamos, kai išėjimas yra didelis arba mažas, sandauga.
3. Dauginimo vėlavimas: Tai reiškia perėjimo laiką, kuris praeina pasikeitus įvesties lygiui. Vėlavimas, kuris įvyksta išėjimui pereinant, yra sklaidos vėlavimas.
4. Triukšmo marža: Tai nurodo triukšmo įtampos kiekį, leidžiamą įėjime, kuris neturi įtakos standartinei išėjimui.
   

Transistoriaus-tranzistoriaus logikos klasifikacija

Tai logiška šeima, susidedanti iš tranzistorių. Jame naudojamas tranzistorius su keliais spinduoliais. Komerciniu požiūriu jis prasideda 74 serijomis, tokiomis kaip 7404, 74S86 ir kt. 1961 m. Pastatė Jamesas L Bui ir 1963 m. Komerciškai naudotas logikos projektavime. TTL klasifikuojami pagal išvestį.

Atidarykite kolektoriaus išvestį

Pagrindinis bruožas yra tas, kad jo išėjimas yra 0, kai žemas, o plaukiojantis, kai didelis. Paprastai gali būti taikomas išorinis Vcc.

Atvira kolektoriaus-tranzistoriaus logikos išvestis

Tranzistorius Q1 elgiasi kaip diodų sankaupos, išdėstytos atgal. Kai kuri nors įvestis yra žemoje logikoje, atitinkama emiterio ir pagrindo jungtis yra nukreipta į priekį, o įtampos kritimas per Q1 pagrindą yra apie 0,9 V, to nepakanka, kad tranzistoriai Q2 ir Q3 galėtų veikti. Taigi išvestis yra plaukiojanti arba Vcc, t. Y. Aukšto lygio.

Panašiai, kai visi įėjimai yra dideli, visi Q1 bazės-spinduolio mazgai yra atvirkštiniai ir tranzistoriai Q2 ir Q3 gauna pakankamai bazinės srovės ir yra prisotinimo režime. Išvesties logika yra maža. (Kad tranzistorius pereitų prie soties, kolektoriaus srovė turėtų būti didesnė nei β bazinės srovės.)

Programos

Atviro kolektoriaus išvesties taikymo sritis yra šios.

• Tolimosiose lempose ar relėse
• Atliekant laidinę logiką
• Kuriant bendrą autobusų sistemą

Totemo ašies išvestis

Totem Pole reiškia aktyvaus traukimo grandinės pridėjimą Vartų išėjime, dėl kurio sumažėja sklaidos vėlavimas.

Totemo poliaus išvestis TTL

Loginė operacija yra tokia pati kaip atvirojo kolektoriaus išvestis. Tranzistorių Q4 ir diodų naudojimas yra greitas parazitinės talpos įkrovimas ir iškrovimas per Q3. Rezistorius naudojamas išlaikyti išėjimo srovę iki saugios vertės.

Trys valstybės vartai

Tai suteikia 3 būsenos išvestis, kaip nurodyta toliau

• Žemo lygio būsena, kai apatinis tranzistorius įjungtas, o viršutinis tranzistorius išjungtas.
• Aukšto lygio būsena, kai apatinis tranzistorius yra išjungtas, o viršutinis - įjungtas.
• Trečioji būsena, kai abu tranzistoriai yra išjungti. Tai leidžia tiesiogiai prijungti laidą iš daugelio išėjimų.

Trijų valstybių vartų tranzistoriaus-tranzistoriaus logika

TTL šeimos ypatybės

TTL šeimos ypatybės yra šios.

• Žemas loginis lygis yra 0 arba 0,2 V.
• Loginis aukštas lygis yra 5 V.
• Tipiškas ventiliatorius iš 10. Tai reiškia, kad jo išėjime jis gali palaikyti ne daugiau kaip 10 vartų.
• Pagrindinis TTL prietaisas naudoja beveik 10mW galią, kuri sumažėja naudojant „Schottky“ įrenginius.
• Vidutinis sklidimo vėlavimas yra apie 9ns.
• Triukšmo skirtumas yra apie 0,4 V.

TTL IC serija

TTL IC dažniausiai prasideda nuo 7 serijos. Turi 6 pogrupius, nurodytus kaip:

1. Mažos galios įtaisas, kurio sklaidos vėlavimas yra 35 ns, o galia išsisklaido 1mW.
2. Mažos galios Schottky įrenginį vėluojant 9ns
3. Pažangus „Schottky“ įrenginys su 1,5ns vėlavimu.
4. Pažangus mažos galios Schottky prietaisas, kurio vėlavimas yra 4 ns, o galia išsisklaido 1mW.

Bet kurioje TTL įrenginio nomenklatūroje pirmieji du pavadinimai nurodo pogrupio, kuriam priklauso įrenginys, pavadinimą. Pirmieji du skaitmenys nurodo veikimo temperatūros diapazoną. Kitos dvi abėcėlės nurodo porūšį, kuriai įrenginys priklauso. Paskutiniai du skaitmenys rodo lusto atliekamą loginę funkciją. Pavyzdžiai yra 74LS02- 2 nei įvesties NOR vartai, nei 74LS10- trigubos 3 įvesties NAND vartai.

Tipiškos TTL grandinės

Loginiai vartai naudojami kasdieniame gyvenime tokiose programose kaip drabužių džiovintuvas, kompiuterio spausdintuvas, durų skambutis ir kt.

Toliau pateikiami 3 pagrindiniai logikos vartai, įdiegti naudojant TTL logiką: -

NOR vartai

Tarkime, kad įėjimas A yra logiškai aukštas, atitinkamo tranzistoriaus emiterio ir pagrindo jungtis yra atvirkštinė, o pagrindo ir kolektoriaus jungtis yra nukreipta į priekį. Tranzistorius Q3 gauna pagrindinę srovę iš maitinimo įtampos Vcc ir pereina prie prisotinimo. Dėl mažos kolektoriaus įtampos iš Q3, tranzistorius Q5 nutrūksta ir, kita vertus, jei kitas įėjimas yra mažas, Q4 nutraukiamas ir atitinkamai Q5 nutraukiamas, o išėjimas yra prijungtas tiesiai prie žemės per tranzistorių Q3 . Panašiai, kai abiejų įėjimų loginė vertė maža, išėjimų logika bus aukšta.

„NOR Gate TTL“

NE vartai

Kai įvestis yra maža, atitinkama pagrindo ir spinduolio jungtis yra nukreipta į priekį, o pagrindo ir kolektoriaus jungtis yra atvirkštinė. Dėl to tranzistorius Q2 yra nutraukiamas, o taip pat - tranzistorius Q4. Transistorius Q3 pereina į sodrumą, o diodas D2 pradeda veikti, o išėjimas yra prijungtas prie Vcc ir eina į logiką aukštai. Panašiai, kai įvesties logika yra aukšta, išėjimo logika yra maža.

NE vartai TTL

TTL palyginimas su kitomis loginėmis šeimomis

Paprastai TTL įrenginiai sunaudoja daugiau energijos, palyginti su CMOS įrenginiais, tačiau CMOS įrenginių laikrodžio greitis energijos vartojimo nepadidina. Palyginti su dabartinėmis ECL grandinėmis, tranzistoriaus-tranzistoriaus logikoje naudojama maža galia, tačiau jos konstrukcijos taisyklės yra paprastos, tačiau ji yra žymiai lėtesnė.

Gamintojai gali sujungti TTL ir ECL įrenginius toje pačioje sistemoje, kad pasiektų geriausią našumą, tačiau tokie prietaisai, kaip lygio perjungimas, yra būtini tarp dviejų loginių šeimų. TTL yra mažai jautrus elektrostatinės iškrovos pažeidimams, palyginti su ankstyvais CMOS įrenginiais.

Dėl TTL įrenginio o / p struktūros o / p varža yra asimetriška žemoje ir aukštojoje būsenose, todėl jos nėra tinkamos važiuoti perdavimo linijomis. Paprastai šis trūkumas įveikiamas buferizuojant o / p naudojant specialius linijos tvarkyklės įrenginius, kai tik signalus reikia perduoti visais kabeliais.

TTL totemo polių o / p struktūra dažnai greitai sutampa, kai laidūs abu aukštesnieji ir apatiniai tranzistoriai, todėl gaunamas didelis elektros srovės signalas, gaunamas iš maitinimo šaltinio.

Šie signalai gali prisijungti staigiais metodais tarp kelių IC paketų, o tai lemia mažesnį našumą ir mažesnę triukšmo ribą. Paprastai TTL sistemos naudoja atjungimo kondensatorių kiekvienam, kitaip dviem IC paketams, todėl srovės signalas iš vienos TTL lusto trumpam nesumažina įtampos maitinimo įtampos kitam.

Šiuo metu daugelis dizainerių tiekia CMOS logikos ekvivalentus per TTL suderinamus i / p & o / p lygius per dalių numerius, susijusius su atitinkamu TTL komponentu, įskaitant tuos pačius kištukus. Taigi, pavyzdžiui, 74HCT00 serija suteiks keletą pakaitinių pakaitų 7400 bipolinių serijų dalims, tačiau naudoja CMOS technologiją.

TTL palyginimas su kitomis logikos šeimomis pagal skirtingas specifikacijas apima šiuos dalykus.

Transistoriaus-tranzistoriaus loginis keitiklis

Transistoriaus tranzistoriaus logikos (TTL) įrenginiai pakeitė diodo tranzistoriaus logiką (DTL), nes jie veikia greičiau ir yra pigesni. NAND IC su „Quad 2“ įėjimu naudoja 7400 TTL įrenginį, kad suprojektuotų daugybę grandinių, kurios naudojamos kaip keitikliai.

Pirmiau pateiktoje grandinės schemoje naudojami NAND vartai IC. Taigi, norėdami suaktyvinti grandinę, pasirinkite jungiklį A, tada galite pastebėti, kad abu grandinės šviesos diodai išsijungs. Kai išvestis yra maža, tada įvestis turėtų būti didelė. Po to pasirinkite jungiklį B, tada įsijungs abu šviesos diodai.

Pasirinkus jungiklį A, abu NAND vartų įėjimai bus dideli, o tai reiškia, kad loginių vartų išvestis bus mažesnė. Pasirinkus jungiklį B, įėjimai ilgą laiką nebus aukšti ir šviesos diodai įsijungs.

Privalumai ir trūkumai

TTL trūkumų pranašumai yra šie.

Pagrindinis TTL pranašumas yra tai, kad mes galime lengvai susieti su kitomis grandinėmis ir galimybę generuoti sudėtingas logines funkcijas dėl tam tikrų įtampos lygių ir gerų triukšmo ribų. TTL turi gerų savybių, tokių kaip ventiliatorius, o tai reiškia i / p signalų skaičių galima priimti per indėlį.

TTL daugiausia neapsaugota nuo stacionarių elektros iškrovų, kurios nėra panašios į CMOS, ir, palyginti su CMOS, jos yra ekonomiškos. Pagrindinis TTL trūkumas yra didelis srovės panaudojimas. TTL aukšti dabartiniai reikalavimai gali sukelti puolimą, nes o / p būsenos bus išjungtos. Net su skirtingomis TTL versijomis, kurių dabartinis suvartojimas yra mažas, bus konkurencinga CMOS.

Atėjus CMOS, TTL programos buvo pakeistos per CMOS. Tačiau TTL vis dar naudojamas programose, nes jos yra gana tvirtos, o loginiai vartai yra gana pigūs.

TTL programos

TTL programos apima:

• Naudojamas valdiklio programoje tiekiant nuo 0 iki 5 V
• Naudojamas kaip tolimųjų žibintų ir relių perjungimo įtaisas
• Naudojamas procesoriuose mini kompiuteriai kaip DEC VAX
• Naudojamas spausdintuvuose ir vaizdo rodymo terminaluose

Taigi, viskas apie tai TTL arba tranzistoriaus-tranzistoriaus logikos apžvalga . Tai yra IC grupė, kuri palaiko logines būsenas ir pasiekia perjungimą naudodama BJT. TTL yra viena iš priežasčių, kodėl IC yra taip plačiai naudojami, nes jie yra nebrangūs, greitesni ir labai patikimi, palyginti su TTL ir DTL. TTL vartuose, kuriuose yra keli įėjimai, tranzistoriai naudojami per kelis spinduolius. Čia jums kyla klausimas, kokios yra tranzistorių-tranzistorių logikos subkategorijos?