Mis on transistori transistori loogika (TTL) ja selle töö

Loogikaväravaid nagu NAND, NOR kasutatakse igapäevastes rakendustes loogikaoperatsioonide sooritamiseks. Väravad valmistatakse pooljuhtseadmetega nagu BJT, dioodid või FET-id. Erinevad väravad on ehitatud integraallülituste abil. Digitaalseid loogikalülitusi toodetakse sõltuvalt konkreetsest vooluringite tehnoloogiast või loogikaperekondadest. Erinevad loogikaperekonnad on RTL (takisti transistori loogika), DTL (dioodi transistori loogika), TTL (transistori-transistori loogika), ECL (emitteriga ühendatud loogika) ja CMOS (täiendav metallioksiidi pooljuhtloogika). Neist RTL-i ja DTL-i kasutatakse harva. Selles artiklis käsitletakse ülevaadet a Transistor-transistori loogika või TTL .

Transistori-transistori loogika ajalugu

TTL ehk Transistor-Transistor Logic loogika leiutas 1961. aastal “James L. Buie of TRW”. See sobib uute integreeritud vooluahelate väljatöötamiseks. Selle TTL-i tegelik nimi on TCTL, mis tähendab transistoriga ühendatud transistori loogikat. 1963. aastal kujundas esimesed kaubanduslikud TTL-seadmed „Sylvania“, mis on tuntud kui SUHL või „Sylvania Universal High-Level Logic family“.

Pärast seda, kui Texase pilliinsenerid käivitasid 1964. aastal sõjalise temperatuuri vahemikuga 5400-seeria IC-d, sai Transistor-Transistor Logic väga populaarseks. Pärast seda lasti 7400 seeria kitsama tootevaliku kaudu välja 1966. aastal.

Texase instrumentidega käivitatud 7400 perekonna ühilduvad osad kujundasid mitmed ettevõtted, näiteks National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa jne. Üks ja ainus tootja selline ettevõte nagu IBM käivitasid mittesobivad vooluringid, kasutades TTL-i oma tarbeks.

Transistori-transistori loogikat rakendati paljudele bipolaarse loogika põlvkondadele, parandades aeglaselt kiirust ja võimsuse kasutamist umbes kahe aastakümne jooksul. Tavaliselt sisaldab iga TTL-kiip sadu transistore. Üldiselt ulatuvad funktsioonid ühes paketis loogikaväravatest mikroprotsessorini.
Esimest arvutit nagu Kenbak-1 kasutati oma protsessori jaoks mikroprotsessori asendusena Transistor-Transistor Logic. 1970. aastal kasutati Datapoint 2200 TTL-i komponente ja see oli aluseks 8008-le ja pärast seda x86-i käsustikule.

Xerox alto poolt 1973. aastal kasutusele võetud GUI-s ja 1981. aastal Star-tööjaamades kasutati TTL-ahelaid, mis on integreeritud ALU-de tasemele.

Mis on transistori-transistori loogika (TTL)?

Transistori-transistori loogika (TTL) on loogikaperekond, mis koosneb BJT-dest (bipolaarsetest ühendustransistoridest). Nagu nimigi ütleb, täidab transistor kahte funktsiooni nagu loogika ja ka võimendus. TTL-i parimad näited on loogikaväravad, nimelt 7402 NOR värav ja 7400 NAND värav.

TTL-loogika sisaldab mitut transistorit, millel on mitu emitterit ja mitu sisendit. TTL-i või transistori-transistori loogika tüübid hõlmavad peamiselt standardset TTL-i, kiiret TTL-i, Schottky TTL-i, suure võimsusega TTL-i, väikese võimsusega TTL-i ja täiustatud Schottky TTL-i.

TTL-i loogikaväravate projekteerimist saab teha takistite ja BJT-dega. TTL-l on mitu varianti, mis on välja töötatud erinevatel eesmärkidel, näiteks kiirguskindlad TTL-paketid kosmoserakenduste jaoks ja väikese võimsusega Schottky dioodid, mis võimaldavad suurepärase kiiruse ja väiksema energiatarbimise kombinatsiooni.

Transistori-transistori loogika tüübid

TTL-id on saadaval erinevat tüüpi ja nende klassifitseerimine toimub järgmise väljundi põhjal.

• Standardne TTL
• Kiire TTL
• Schottky TTL
• Suure võimsusega TTL
• Väikese võimsusega TTL
• Täiustatud Schottky TTL.

Väikese energiatarbega TTL töötab 33ns lülituskiirusega, et vähendada energiatarvet nagu 1 mW. Praegu asendati see CMOS-i loogika abil. Kiirel TTL-l on vahetamine kiirem kui tavalisel TTL-il, näiteks 6ns. Kuid sellel on suur võimsuse hajumine nagu 22 mW.

Schottky TTL käivitati 1969. aastal ja seda kasutatakse laadimishoidla vältimiseks, et pikendada lülitusaega, kasutades värava terminalis Schottky dioodklambreid. Need väravaterminalid töötavad 3ns-is, kuid see hõlmab suure võimsuse hajumist nagu 19 mW

Väikese võimsusega TTL kasutab väikese võimsusega TTL-i kõrgeid takistuse väärtusi. Schottky dioodid pakuvad kiiruse hea segu ja vähendavad energiakasutust, näiteks 2 mW. See on kõige üldisem TTL tüüp, mida kasutatakse mikroarvutites nagu liimiloogikat, asendab põhimõtteliselt varasemaid alamperesid nagu L, H & S.

Kiiret TTL-i kasutatakse madalamalt kõrgemale ülemineku suurendamiseks. Need pered saavutasid PDP vastavalt 4pJ ja 10 pJ. LVTTL või madalpinge TTL 3,3 V toiteallikate jaoks, samuti mälu liidestamiseks.

Enamik disainereid pakuvad nii kaubanduslikke kui ka ulatuslikke temperatuurivahemikke. Näiteks Texas Instruments'i 7400-seeria osade temperatuurivahemik on vahemikus 0–70 ° C, samuti on 5400-seeria temperatuurivahemik –55 kuni +125 ° C. Kõrge töökindluse ja erilise kvaliteediga osad on ligipääsetavad kosmoses ja sõjalises kasutuses, seeria SNJ54 kiirgusseadmeid kasutatakse aga kosmoses.

TTL-i omadused

TTL-i omadused hõlmavad järgmist.

1. Fänn välja: GATE'i koormuste arv, mida GATE väljund suudab juhtida, ilma et see mõjutaks selle tavapärast jõudlust. Koormuse all mõistame antud värava väljundiga ühendatud teise värava sisendi jaoks vajalikku vooluhulka.
2. Võimsuse hajumine: See tähistab seadme vajaliku võimsuse hulka. Seda mõõdetakse mW-des. Tavaliselt on see toitepinge ja keskmise voolutugevuse korrutis, kui väljund on kõrge või madal.
3. Paljundamise viivitus: See tähistab üleminekuaega, mis möödub sisendtaseme muutumisel. Viivitus, mis toimub väljundi üleminekul, on leviku viivitus.
4. Müra marginaal: See tähistab sisendis lubatud mürapinge hulka, mis ei mõjuta standardset väljundit.
   

Transistori-transistori loogika klassifikatsioon

See on loogiline perekond, mis koosneb täielikult transistoridest. See kasutab mitme kiirgajaga transistorit. Äriliselt algab see 74-seeriast nagu 7404, 74S86 jne. Selle ehitas 1961. aastal James L Bui ja kaubanduslikult kasutati loogikakujunduses 1963. aastal. TTL-id klassifitseeritakse väljundi põhjal.

Avage kollektori väljund

Peamine omadus on see, et selle väljund on madalal 0 ja kõrgel ujuv. Tavaliselt võib kasutada välist Vcc-d.

Transistori-transistori loogika avatud kollektori väljund

Transistor Q1 käitub dioodide klastrina, mis on paigutatud tahapoole. Kui mõni sisend on loogikal madal, on vastav emitter-baas ristmik ettepoole kallutatud ja pingelang Q1 aluses on umbes 0,9 V, mis ei ole piisav transistoride Q2 ja Q3 juhtimiseks. Seega on väljund kas ujuv või Vcc, st kõrge tase.

Samamoodi, kui kõik sisendid on kõrged, on kõik Q1 baasi-emitteri ristmikud vastupidised ja transistorid Q2 ja Q3 saavad piisavalt baasvoolu ja on küllastusrežiimis. Väljund on loogikaliselt madal. (Selleks, et transistor jõuaks küllastuseni, peaks kollektori vool olema suurem kui β-kordne baasvool).

Rakendused

Avatud kollektori väljundi rakendused hõlmavad järgmist.

• Kaugtuledes või releedes
• Juhtmega loogika täitmisel
• Ühise bussisüsteemi ehitamisel

Totemi pooluse väljund

Totem Pole tähendab aktiivse tõmbeahela lisamist värava väljundis, mille tulemuseks on leviku viivituse vähenemine.

Totempooluse väljund TTL

Loogikaoperatsioon on sama mis avatud kollektori väljund. Transistoride Q4 ja dioodide kasutamine on parasiitide mahtuvuse kiire laadimine ja tühjendamine kogu Q3 ulatuses. Takisti kasutatakse väljundvoolu ohutu väärtuse hoidmiseks.

Kolm riigiväravat

See pakub 3 olekuväljundit nagu järgmine

• Madal tase, kui alumine transistor on SEES ja ülemine transistor on VÄLJAS.
• Kõrge taseme olek, kui alumine transistor on väljas ja ülemine transistor on sisse lülitatud.
• Kolmas olek, kui mõlemad transistorid on välja lülitatud. See võimaldab otsest juhtmeühendust paljudest väljunditest.

Kolme riigivärava transistori-transistori loogika

TTLi pere funktsioonid

TTL-i perekonna funktsioonide hulka kuuluvad järgmised.

• Loogiline madal tase on 0 või 0,2 V juures.
• Loogika kõrge tase on 5 V juures.
• Tavaline ventilaator kümnest. See tähendab, et see suudab oma väljundis toetada maksimaalselt 10 väravat.
• Põhiline TTL-seade võtab energiat peaaegu 10 mW, mis väheneb Schottky seadmete kasutamisel.
• Keskmine levimise viivitus on umbes 9ns.
• Müra piir on umbes 0,4 V.

TTL IC seeria

TTL IC-d algavad enamasti 7. seeriast. Sellel on 6 alamperekonda, mis on antud järgmiselt:

1. Madala energiatarbega seade, mille levimishetk on 35 ns ja võimsuse hajumine 1mW.
2. Väikese võimsusega Schottky seade viivitusega 9ns
3. Täiustatud Schottky seade viivitusega 1,5ns.
4. Täiustatud väikese võimsusega Schottky seade, mille viivitus on 4 ns ja võimsuse hajumine 1 mW.

Igas TTL-seadme nomenklatuuris tähistavad kaks esimest nime selle alamperekonna nime, kuhu seade kuulub. Esimesed kaks numbrit näitavad töötemperatuuri vahemikku. Järgmised kaks tähestikku tähistavad alamperet, kuhu seade kuulub. Kaks viimast numbrit tähistavad kiibi loogikafunktsiooni. Näideteks on 74LS02-2 ega sisend NOR värav, 74LS10- Triple 3 sisend NAND värav.

Tüüpilised TTL-ahelad

Loogikaväravaid kasutatakse igapäevaelus sellistes rakendustes nagu pesukuivati, arvutiprinter, uksekell jms.

TTL-loogika abil rakendatud kolm peamist loogikaväravat on toodud allpool: -

NOR värav

Oletame, et sisend A on loogikalises kõrguses, vastava transistori emitteri-aluse ristmik on vastupidine ja aluse-kollektori ristmik on ettepoole kallutatud. Transistor Q3 saab baasvoolu toitepingest Vcc ja läheb küllastuseni. Q3 madala kollektoripinge tagajärjel läheb transistor Q5 katkestama ja teisest küljest, kui mõni teine ​​sisend on madal, siis Q4 katkestatakse ja vastavalt Q5 katkestatakse ja väljund ühendatakse transistori Q3 kaudu otse maaga . Samamoodi, kui mõlema sisendi loogika on madal, on väljund loogika kõrgel.

NOR Gate TTL

EI väravat

Kui sisend on madal, on vastav baas-emitter ristmik ettepoole kallutatud ja aluse-kollektori ristmik vastupidine. Selle tulemusel lõigatakse ära transistor Q2 ja lõigatakse ära ka transistor Q4. Transistor Q3 läheb küllastumiseni ja diood D2 hakkab juhtima ning väljund on ühendatud Vcc-ga ja läheb loogika kõrgusele. Samamoodi, kui sisendi loogika on kõrge, on väljund loogika madalal.

EI värava TTL

TTL võrdlus teiste loogiliste peredega

Üldiselt kasutavad TTL-seadmed CMOS-seadmetega võrreldes rohkem energiat, kuid CMOS-seadmete taktsagedus ei suurenda energiakasutust. Võrreldes praeguste ECL-ahelatega kasutab transistori-transistori loogika väikest energiat, kuid sellel on lihtsad konstruktsioonireeglid, kuid see on oluliselt aeglasem.

Parima jõudluse saavutamiseks võivad tootjad ühendada TTL- ja ECL-seadmed samas süsteemis, kuid kahe loogikaperekonna hulgas on vajalikud sellised seadmed nagu taseme nihutamine. TTL on varajasete CMOS-seadmetega võrreldes vähetundlik elektrostaatilise väljalaske kahjustuste suhtes.

TTL-seadme o / p struktuuri tõttu on o / p impedants madalate ja kõrgete olekute seas asümmeetriline, muutes need ülekandeliinide juhtimiseks sobimatuks. Tavaliselt ületab see puudus o / p puhverdamise spetsiaalsete liinidraiveriseadmete abil kõikjal, kus signaale on vaja kogu kaablis edastada.

TTL-i totempooluselisel o / p-struktuuril on sageli kiire kattuvus, kui mõlemad kõrgemad ja madalamad transistorid juhivad, mille tulemuseks on oluline toiteallikast võetud voolu signaal.

Neid signaale saab mitme IC-paketi vahel ühendada äkiliste meetoditega, mille tulemuseks on madalam jõudlus ja väiksem müratase. Üldiselt kasutavad TTL-süsteemid iga muidu kahe IC-paketi jaoks eralduskondensaatorit, nii et ühe TTL-kiibi voolusignaal ei vähenda pingeallikat hetkega teisele.

Praegu pakuvad paljud disainerid CMOS-i loogikaekvivalente TTL-iga ühilduvate i / p & o / p-tasemete kaudu tootenumbrite kaudu, mis on seotud vastava TTL-komponendiga, sealhulgas samad kinnitusdetailid. Nii näiteks pakub seeria 74HCT00 7400 bipolaarse seeria osade jaoks mitmeid asendusliike, kuid kasutab CMOS-tehnoloogiat.

TTL-i võrdlus teiste loogikaperekondadega erinevate spetsifikatsioonide osas sisaldab järgmist.

Transistori-transistori loogiline inverter

Transistori transistori loogika (TTL) seadmed on asendanud dioodtransistori loogika (DTL), kuna need töötavad kiiremini ja nende toimimine on odavam. Quad 2 sisendiga NAND IC kasutab 7400 TTL-seadet suure hulga inverterina kasutatavate ahelate kujundamiseks.

Ülaltoodud skeemil kasutatakse IC-s NAND väravaid. Seega valige vooluahela aktiveerimiseks lüliti A, siis võite märgata, et mõlemad vooluringi valgusdioodid kustuvad. Kui väljund on madal, peaks sisend olema kõrge. Pärast seda valige lüliti B, siis mõlemad LED-id põlevad.

Kui lüliti A on valitud, on mõlemad NAND-värava sisendid kõrged, mis tähendab, et loogikaväravate väljund on väiksem. Kui lüliti B on valitud, ei ole sisendid pikka aega kõrged ja LED-id põlevad.

Eelised ja puudused

TTL-i puuduste eelised hõlmavad järgmist.

TTL-i peamine eelis on see, et saame hõlpsasti liituda teiste vooluahelatega ja võime luua keerulisi loogikafunktsioone nii teatud pingetasemete kui ka heade müra piiride tõttu. TTL-l on häid omadusi, nagu ventilaator, mis tähendab i / p saab sisendi kaudu aktsepteerida.

TTL on peamiselt immuunne statsionaarsete elektrivooluheitmete suhtes, mis ei meeldi CMOS-ile, ja võrreldes CMOS-iga on need ökonoomsed. TTL-i peamine puudus on kõrge voolutarve. TTLi praegused kõrged nõudmised võivad viia solvava toimimiseni, kuna o / p olekud lülitatakse välja. Isegi erinevate TTL-versioonide korral, millel on madal voolutarve, on CMOS-ile konkurentsivõimeline.

CMOS-i saabumisega on TTL-i rakendused CMOS-i kaudu asendatud. Kuid TTL-i kasutatakse rakendustes endiselt, kuna need on üsna tugevad ja loogikaväravad on üsna odavad.

TTL-i rakendused

TTL-i rakendused hõlmavad järgmist.

• Kasutatakse kontrollerirakenduses 0 kuni 5 V toitmiseks
• Kasutatakse kauglampide ja releede lülitusseadmena
• Kasutatakse ettevõtte mini-arvutid nagu DEC VAX
• Kasutatakse printerites ja videoterminalides

Seega on see kõik ülevaade TTL-st või transistori-transistori loogikast . See on IC-de rühm, mis hoiab loogikaolekuid ja saavutab BJT-de abil vahetamise. TTL on üks põhjusi, miks IC-sid nii laialdaselt kasutatakse, kuna need on TTL-i ja DTL-iga võrreldes odavad, kiiremad ja suure töökindlusega. TTL kasutab mitme sisendiga väravas transistore mitme emitteri kaudu. Siin on teie jaoks küsimus, millised on transistori-transistori loogika alamkategooriad?