Transistor-transistor logic
Integrated Injection Logic (IL) to rodzina bipolarnych cyfrowych układów scalonych. Dzięki uproszczonej budowie bramki logicznej w tym standardzie uzyskuje się bardzo dużą gęstość upakowania w połączeniu z dużą szybkością. Różnica między poziomami logicznymi wysokim i niskim wynosi zaledwie około 0,7 V - jest to wystarczające w obrębie jednego układu scalonego, lecz aby umożliwić łączenie układów IL, zapewniając zadowalającą odporność na zakłócenia, wyposaża się je w wejściowe i wyjściowe bufory konwertujące poziomy logiczne, np. do standardu TTL. Ze względu na łatwość wykonania w standardowych procesach technologicznych układów bipolarnych, struktury IL znalazły zastosowanie w mieszanych (analogowo-cyfrowych) układach scalonych.Seria 7400 lub 74xx była jedną z najważniejszych historycznie serii monolitycznych układów scalonych. Oryginalną serię 74xx stanowiły układy typu Transistor-transistor logic (TTL) o napięciu zasilania 5 V. Jako pierwsza do masowej produkcji wprowadziła te układy firma Texas Instruments w roku 1961. W okresie największej popularności układów TTL, przypadającym na lata 70. i 80., seria ta obejmowała ponad 300 pozycji katalogowych. W późniejszych czasach część układów oryginalnej serii 74xx pojawiła się w seriach pochodnych, wykonywanych w technologiach TTL-LS (o obniżonym poborze mocy) oraz S (o podwyższonej szybkości), opartych na tranzystorach Schottky’ego. W latach 90. układy bipolarne TTL zaczęły ustępować miejsca układom CMOS (Complementary MOS). Częściowo kompatybilne z układami serii 74xx są produkowane do dziś odpowiedniki tych układów serii HC i HCT oraz innych, wymienionych poniżej.
CMOS (ang. Complementary MOS) – technologia wytwarzania układów scalonych, głównie cyfrowych, składających się z tranzystorów MOS o przeciwnym typie przewodnictwa i połączonych w taki sposób, że w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dzięki temu układ statycznie nie pobiera żadnej mocy (pomijając niewielki prąd wyłączenia tranzystora), a prąd ze źródła zasilania płynie tylko w momencie przełączania – gdy przez bardzo krótką chwilę przewodzą jednocześnie oba tranzystory. Tracona w układach CMOS moc wzrasta wraz z częstotliwością przełączania, co wiąże się z przeładowywaniem wszystkich pojemności, szczególnie pojemności obciążających wyjścia.
Transistor-transistor logic (TTL) – klasa cyfrowych układów scalonych zapoczątkowana przez Jamesa L. Buie'a z TRW Inc. w 1961 r. Pierwsze układy TTL trafiły do sprzedaży w 1963 r. za sprawą firmy Sylvania i używane były m.in. w systemach sterowania pociskami Phoenix. Natomiast największą popularność wśród projektantów urządzeń elektronicznych TTL zdobył Texas Instruments wraz ze swoją rodziną układów 7400 wprowadzoną w 1964 r. TTL była pierwszą techniką masowej produkcji cyfrowych układów scalonych i jest ona wykorzystywana do dnia dzisiejszego.
Układy typu transistor-transistor logic zbudowane są z tranzystorów bipolarnych i zasilane napięciem stałym 5 V. Działają one w logice dodatniej, czyli sygnał niski (logiczne „0”) jest zdefiniowany jako napięcie w zakresie 0 V do 0,8 V w odniesieniu do masy, a wysoki (logiczna „1”) – 2,4 V do 5 V.
W technice TTL buduje się – oprócz standardowych układów logicznych – także układy z tzw. otwartym kolektorem na wyjściu (OC). Dzięki temu można realizować tzw. „iloczyn na drucie” lub sterować odbiornikami wymagającymi innych napięć w stanie wysokim (wymagane użycie rezystora podciągającego łączącego wyjście z napięciem odpowiednim dla stanu wysokiego), albo do podłączania odbiorników większej mocy (np. diod świecących, a nawet żarówek) bezpośrednio do wyjścia bramki (UWAGA: tylko niektóre układy mogą sterować odbiornikami stosującymi napięcia wyższe niż 5V).
Wyróżnia się kilka odmian technologicznych układów TTL oznaczonych odpowiednio literami:
Układy te można łączyć ze specjalnie produkowanymi układami w technologii CMOS, które są zgodne końcówkowo z TTL o takich samych oznaczeniach i wyróżnione literami C, AC, HCT, HC itp., np. 74HC00. Ponadto układy CMOS w wersji HCT mają takie same poziomy stanów logicznych jak TTL, przez co w łatwy sposób można łączyć je ze sobą.
Charakterystyczne dla układów TTL jest to, iż mają wyższy pobór prądu, niż układy wykonane w technologii CMOS, ponieważ pobierają energię przez cały czas ich zasilania, natomiast układy CMOS jedynie w momencie przełączania ich elementów. Nie bez znaczenia jest również niższe napięcie zasilania używane w technologii CMOS. Początkowo układy TTL były szybsze w działaniu, jednak wraz z rozwojem techniki układy CMOS osiągnęły bardzo duże prędkości działania, co jednak ujawniło pewną ich niedogodność polegającą na bardzo szybkim wzroście temperatury i pobieranej energii przy wysokich taktowaniach układu.
Schemat standardowej bramki[]
Schemat typowej bramki NAND w technologii TTL przedstawia rysunek obok. Wartości poszczególnych rezystorów (w kΩ) podaje tabela: