Transistori-transistori-logiikka
Transistori-transistori logiikka ( TTL ) on piiri tekniikka ( logiikka perhe ) ja logiikkapiirit ( portit ), jossa tasomainen npn bipolaaritransistoreita käytetään aktiivisena komponenttina piirin . N-perheen tapauksessa yhdistettyihin tuloihin käytetään yleensä monisäteilytransistoria , joten useampaan tuloon tarvitaan vain yksi transistori ; LS-perheen ja Schmitt-liipaisutulojen kanssa tulojen JA-liitäntä toteutetaan diodien avulla.
historia
TTL-tekniikan keksi vuonna 1961 James L.Buie TRW: ssä . Ensimmäiset kaupalliset piirit tuotti Sylvania Electric Products . Integroitu ruiskutuslogiikka (I²L) perustuu edelleen bipolaarisiin transistoreihin, joilla on pienempi virrankulutus .
Vakio TTL
Tavalliset TTL- piirit on suunniteltu toimimaan 5 V: n syöttöjännitteellä 5%: n poikkeamalla.
Lähtöjen kuormituskapasiteettiin viitataan tuulettimena , joka ilmaisee, kuinka monta tuloa lähtö voi palvella. Tämä on tärkeää TTL-aikakauden tyypillisille laajoille logiikkapiireille.
Korkea jännite on määritelty korkean tason (in positiivinen logiikka looginen 1), pienen jännitteen määritellään alhainen taso (positiivinen looginen looginen 0). Piirit on mitoitettava siten, että tulojännitteet U E <0,8 V tunnistetaan matalaksi ja U E > 2,0 V korkeaksi . Lähtöjännitteen U A nimelliskuormalla tulee olla <0,4 V matalalla tasolla ja> 2,4 V korkealla tasolla. Staattinen signaali-kohinasuhde on 0,4 V. sekä korkealla että matalalla tasolla.Todellinen lähtöjännite on välillä 3 - hieman alle 4 V kuormituksesta riippuen.
TTL-tekniikan loogisilla moduuleilla on se etu CMOS- moduuleihin nähden, että ne ovat vähemmän herkkiä sähköstaattisille purkauksille ( ESD ). Virtaohjattujen transistoreiden takia TTL: llä on erityisen suuri virrankulutus CMOSiin verrattuna.
Viereinen kuva näyttää TTL NAND -portin rakenteen. V 1 on multiemitter transistori, U 1 ja U 2 ovat tuloa. TTL-piirien erityispiirre on, että tulot tuottavat pienen virran, kun ne ovat matalia tai kytkettyinä maahan. Siksi kytkemättömät tulot ovat korkealla tasolla. Hyvä käytäntö on kuitenkin asettaa käyttämättömät panokset suurelle potentiaalille siten, että määritelty tai sallittu potentiaali toteutetaan. Yhdistämättömät tulot voivat heikentää huomattavasti piirin passiivista häiriönsietoa.
toiminnallisuutta
NAND-portti, joka on esitetty vastakkaisella puolella 2 tulon kanssa (1/4 7400: sta ), toimii seuraavasti:
JA-toiminto on muodostettu multiemitter transistori V 1 . Jos tulo U 1 tai U 2 on asetettu matalalle tasolle (tai maahan), V 1 tulee johtava, koska emäksen virta kulkee nyt R 1 . Seuraava vahvistin koostuu ohjaustransistorista V 2 ja push-pull -lähtövaiheesta ( totemipylväspiiri ). V 1 : n kerääjä vetää V 2: n pohjan melkein maahan (U V1Sat ), jolloin V 2 estää. Tämä tekee pohjan V- 3 korkea ja että V 4 alhainen . Joten V 3 johtaa ja asettaa lähdön korkeaksi . Jos molemmat tulot ovat korkealla , sitten V 2 syötetään virtaa kautta kanta-kollektori syötön V 1 ja on johtava. V 3 on tukossa ja V 4 on johtavaa. Lähtö on matala vain, kun molemmat tulot ovat korkeat - negatiivinen JA logiikkatoiminto.
On avoin kollektori versio (avoin kollektori) V 3 puuttuu , niin kollektori V 4 johdetaan lähtöön avoimesti. Tässä tapauksessa, ulkoinen pull-up vastus on kytkettävä sijasta R 3 , jotta saavutettaisiin korkea taso. Tämä rakenne mahdollistaa useiden lähtöjen yhdistämisen rinnakkain "langallisen JA" muodostamiseksi. Kukin rinnakkain kytketyistä lähdöistä voi vetää solmun matalalle ilman, että muiden lähtöjen logiikkatilat vaikuttavat siihen. Tristate-lähdöt voidaan toisaalta kytkeä rinnakkain vain, jos niillä ei ole koskaan erilaista logiikkatilaa.
muunnelmat
Pienitehoinen Schottky TTL
Transistoreiden kyllästymisen estämiseksi Schottky-diodit voidaan kytkeä rinnakkain kanta-keräilijän polulle siten, että tyvessä oleva jännite ei voi koskaan olla yli 0,3 V kollektoripotentiaalin yläpuolella ja vain niin paljon virtaa pohjaan virtaa kuin tarpeen. Se tekee Schottky-transistorin . Tyydyttymättömät transistorit ovat nopeampia (mitään ylimääräisiä varauksen kantajia ei tarvitse purkaa ennen kuin transistori sammuu) tai voidaan käyttää suurempia virranvahvistimia sisältäviä transistoreita ja koko piiri voidaan toteuttaa suuremmalla resistanssilla (ja siten enemmän energiansäästöllä) ( sarja S Schottkylle ja LS pienitehoiselle Schottkylle).
Matala jännite TTL
Pienjännite-TTL (LVTTL) on transistori-transistori-logiikan (logiikkaperhe) erityinen muoto, jossa syöttöjännite pienenee 5 V: sta 3,3 V.
| symboli | parametri | min | Maks |
|---|---|---|---|
| U IH | Korkean tason tulojännite | 2 V | U DD + 0,4 V |
| U IL | Matala tulojännite | −0,4 V | 0,8 V |
| U OH | Korkean tason lähtöjännite | 2,4 V | 5 V |
| U OL | Matala lähtöjännite | 0 V | 0,4 V |
Vanhat tyypit ja niiden nimet
Vakio-TTL-IC: t voidaan tunnistaa nimityksellä muodossa 74xx tai 74xxx , jossa "74" viittaa logiikkaperheeseen ja xx / xxx porttityyppiin (esim. Xx = "00" vastaa NAND: ää ). Suurin osa moduuleista on saatavana myös nimellä 54xx armeijan lämpötila-alueella tai nimellä 84xx teollisuuden lämpötila-alueella. Vähemmän suositut 49xx-sarjat ja 75xx-sarjat, jotka sisältävät ensisijaisesti liitännän, tasonmuuntimen ja muut vastaavat piirit , on rakennettu myös TTL-tekniikkaan .
Muunnosten nimitykset perustuvat yleensä vakiotyyppiin, johon moduuli on kytketty ja yhteensopiva, jolloin muunnos tunnistetaan lisättyillä kirjaimilla. Syöttöjännitealue ja signaalitaso eivät välttämättä ole yhteensopivia. Edellä mainittujen lisäksi on olemassa lukuisia muita TTL-variantteja, esimerkiksi:
- 74L: Pienitehoinen TTL pienemmällä virrankulutuksella ja pienemmällä kytkentänopeudella
- 74H: Nopea TTL, paljon suuremmalla kytkentänopeudella ja suuremmalla virrankulutuksella
- 74S: Schottky TTL korkeammalla kytkentänopeudella ja suuremmalla virrankulutuksella
- 74F: Melkein Schottky
- 74LS: Pienitehoinen Schottky
- 74AS tai 74ALS: Edistynyt Schottky
Nykyiset tyypit
Yleisillä TTL-moduuleilla on nimitys 74nn (n) xx (xx), missä n on logiikkaperhe (tekniikka) ja x koodaa komponenttitoimintoa. Tyypin 74xx lohkot ovat vanhentuneita. Vain 74LS (matalan tehon schottky-seuraaja 74er-logiikkaperheestä) ja 74F ( melkein Schottky) tuotetaan. CMOS-tekniikan seuraajat:
- 74HC: nykyinen CMOS-perhe: HC tarkoittaa High Speed CMOS , syöttöjännite 2… 6 V, maksimitaajuus noin 25 MHz
- 74AHC, 74AC: paljon nopeampi kuin 74HC (A tarkoittaa edistynyttä )
- 74HCT: samanlainen kuin 74HC, mutta TTL-yhteensopiva, käyttöjännite 4,5… 5,5 V
- 74ACT: samanlainen kuin AC, mutta TTL-yhteensopiva
4000-sarja , joka otettiin käyttöön vuonna 1970, oli ensimmäinen CMOS-logiikkaperhe, joka säästää energiaa TTL: ään verrattuna, mutta hidas (katkaisutaajuus 1 MHz: llä) eikä sovi TTL: n kanssa (syöttöjännite 3-15 V). Sillä on erilainen nimitysavain.
Liittyvät logiikkaperheet
Vastus-transistori- ja dioditransistori-logiikkaa voidaan pitää TTL-perheen edeltäjälogiikkaperheinä . Nämä kaksi logiikkaperhettä ovat vanhentuneita, eikä niillä ole käytännössä mitään merkitystä tänään.
TTL-perheeseen liittyy läheisesti hidas vikaturvallisuuslogiikka , jota aiemmin käytettiin erikoissovelluksiin. Nykyään tällä logiikkaperheellä ei myöskään ole käytännössä enää merkitystä.
kirjallisuus
- Klaus Wüst: Mikroprosessoritekniikka. 2. päivitetty ja laajennettu painos, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2006, ISBN 978-3-8348-0046-6 .
nettilinkit
- www.datasheetcatalog.net (luettelo elektronisten komponenttien tietolomakekokoelmista)
Yksittäiset todisteet
- ↑ Patentti US 3283170 : Transistorilogiikan ja muiden piirien kytkeminen. Julkaistu 1. marraskuuta 1966 , keksijä: J. Buie.
- ↑ 1963 - Normaalilogiikkaperheet esiteltiin. Tietokonehistoriamuseo, vierailu 17. helmikuuta 2010.
