KOLOS 2. 5. Technologie produkcji układów cyfrowych: TTL, CMOS,..

     Przez układy cyfrowe rozumiemy układy, w których w każdej chwili występują
tylko dwa (zwykle) możliwe stany. Na przykład tranzystor, jako element układu
cyfrowego, może być albo w stanie nasycenia, albo w stanie nieprzewodzenia.
9.1 Technologie produkcji układów cyfrowych
       TTL – Transistor-Transistor Logic:

ECL – Emiter Coupled Logic

RTL – Resistor-Transistor Logic
DTL – Diode-Transistor Logic

     CMOS – Complementary MOS:

nMOS

pMOS

Sposoby kodowania stanów wysokiego H i niskiego L:
TTL: L: 0-0.8V H: 2-5V
CMOS (seria HC): L: 0-1.5V H: 3.5-5V

BRAMKI LOGICZNE

NOT w technologii TTL NOT w technologii nMOS NOT w technologii CMOS

9.3 Układy kombinacyjne:
stan wyjść zależy tylko od aktualnego stanu wejść (tzn. brak pamięci i sprzężeń zwrotnych)

Multiplekser

demultiplekser, dekoder

sumator

uklad mnozacy, komparator

komparator ciag dalszy

    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.
Układy TTL zbudowane są z tranzystorów bipolarnych i zasila się je napięciem stałym 5 V.
Działają w logice dodatniej - sygnał niski (logiczne "0"), jest zdefiniowany jako napięcie od 0
V do 0,8 V w odniesieniu do masy, a wysoki (logiczna "1") – 2 V a 5 V.
Wyróżnia się kilka odmian technologicznych, oznaczonych odpowiednio literami:
          - L (Low power) – wersja o małym poborze mocy (10 razy mniejszy niż TTL), ale
wolniejsza od standardowej (10 MHz); nigdy nie zyskała popularności, gdyż została
niemal natychmiast zastąpiona układami CMOS serii 4000.
          -  H (High speed) – wersja szybsza od standardowej (58 MHz), ale o większym poborze
mocy niż standardowa. Większą szybkość uzyskano przez zastosowanie 2 razy
mniejszych rezystorów, co spowodowało szybsze przełączanie tranzystorów.
          -  S (Schottky) – odmiana szybka (125 MHz), której tranzystory zawierają dodatkową
diodę Schottky'ego włączoną równolegle do złącza kolektor-baza i zabezpieczającą

tranzystor przed nasyceniem co powoduje dużo szybsze przechodzenie tranzystora ze
stanu przewodzenia do zatkania.
          -  AS (Advanced Schottky) – ulepszona seria S, charakteryzuje się jeszcze większą
szybkością działania.
          -  LS (Low power Schottky) – wersja S o znacznie niższym poborze prądu, zbliżonym
do standardowej bramki; główna seria układów TTL, stosowana w większości
zastosowań.
          -  ALS (Advanced Low power Schottky) – unowocześniona seria LS, z mniejszym
poborem mocy.
          -  F (Fast) – nowoczesna, najszybsza seria TTL (125 MHz).

    Ponadto są produkowane układy w technologii CMOS, zgodne końcówkowo z TTL o takich
samych oznaczeniach, wyróżniane literami C, AC, HCT, HC itp., np. 74HC00. Dodatkowo
układy CMOS HCT mają takie same poziomy stanów logicznych jak TTL, przez co można je
łączyć ze sobą. TTL ma większy pobór prądu niż układy wykonane w technologii CMOS, ale układy tego typu są szybsze.