CMOS pret TTL
Līdz ar pusvadītāju tehnoloģiju parādīšanos tika izstrādātas integrētās shēmas, un tās ir atradušas ceļu uz visu veidu tehnoloģijām, kas saistītas ar elektroniku. No komunikācijas līdz medicīnai katrā ierīcē ir integrētas shēmas, kurās shēmas, ja tās tiek ieviestas ar parastajiem komponentiem, patērētu lielu vietu un enerģiju, ir veidotas uz miniatūras silīcija plāksnītes, izmantojot mūsdienu modernās pusvadītāju tehnoloģijas.
Visas digitālās integrālās shēmas ir ieviestas, izmantojot loģiskos vārtus kā to pamatelementu. Katrs vārti ir konstruēti, izmantojot mazus elektroniskus elementus, piemēram, tranzistorus, diodes un rezistorus. Loģisko vārtu komplekts, kas izveidots, izmantojot savienotus tranzistorus un rezistorus, ir kopīgi pazīstams kā TTL vārtu saime. Lai novērstu TTL vārtu trūkumus, vārtu konstruēšanai tika izstrādātas tehnoloģiski progresīvākas metodikas, piemēram, pMOS, nMOS un jaunākais un populārākais papildu metāla oksīda pusvadītāju tips jeb CMOS.
Integrētajā shēmā vārti ir veidoti uz silīcija plāksnītes, ko tehniski sauc par substrātu. Pamatojoties uz vārtu konstrukcijā izmantoto tehnoloģiju, IC tiek iedalītas arī TTL un CMOS saimēs, ņemot vērā pamata vārtu konstrukcijas raksturīgās īpašības, piemēram, signāla sprieguma līmeņus, enerģijas patēriņu, reakcijas laiku un integrācijas mērogu.
Vairāk par TTL
James L. Buie no TRW izgudroja TTL 1961. gadā, un tas kalpoja kā DL un RTL loģikas aizstājējs, kā arī ilgu laiku bija izvēlētais IC instrumentiem un datoru shēmām. TTL integrācijas metodes tiek nepārtraukti attīstītas, un specializētās lietojumprogrammās joprojām tiek izmantotas modernas pakotnes.
TTL loģiskie vārti ir veidoti no savienotiem bipolārā savienojuma tranzistoriem un rezistoriem, lai izveidotu NAND vārtus. Zemajai ievadei (IL) un ieejai augstajai (IH) ir sprieguma diapazoni 0 < IL < 0,8 un 2,2 < IH < 5,0 attiecīgi. Izejas zemā un izejas augsta sprieguma diapazoni ir 0 < OL < 0,4 un 2,6 < OH < 5,0 secībā. Pieņemamie TTL vārtu ieejas un izejas spriegumi tiek pakļauti statiskai disciplīnai, lai signāla pārraidē nodrošinātu augstāku trokšņu noturības līmeni.
TTL vārtiem vidēji ir 10 mW jaudas izkliede un 10 nS izplatīšanās aizkave, braucot ar 15 pF/400 omu slodzi. Bet enerģijas patēriņš ir diezgan nemainīgs, salīdzinot ar CMOS. TTL ir arī lielāka pretestība elektromagnētiskiem traucējumiem.
Daudzi TTL varianti ir izstrādāti īpašiem mērķiem, piemēram, pret radiāciju izturīgiem TTL pakotnēm kosmosa lietojumiem un mazjaudas Schottky TTL (LS), kas nodrošina labu ātruma (9,5 n) un samazināta enerģijas patēriņa (2 mW) kombināciju.
Vairāk par CMOS
1963. gadā Frenks Vanlass no Fairchild Semiconductor izgudroja CMOS tehnoloģiju. Tomēr pirmā CMOS integrālā shēma tika ražota tikai 1968. gadā. Frenks Vanlass patentēja izgudrojumu 1967. gadā, tajā laikā strādājot RCA.
CMOS loģikas saime ir kļuvusi par visplašāk izmantoto loģikas saimi, pateicoties tās daudzajām priekšrocībām, piemēram, mazākam enerģijas patēriņam un zemam trokšņa līmenim pārraides laikā. Visi izplatītākie mikroprocesori, mikrokontrolleri un integrētās shēmas izmanto CMOS tehnoloģiju.
CMOS loģiskie vārti ir konstruēti, izmantojot lauka efekta tranzistoru FET, un shēmās lielākoties nav rezistoru. Rezultātā CMOS vārti vispār nepatērē enerģiju statiskā stāvoklī, kad signāla ieejas paliek nemainīgas. Zemajai ievadei (IL) un ieejai augstajai (IH) ir sprieguma diapazoni 0 < IL < 1.5 un 3.5 < IH < 5.0 un izejas zemā un izejas augsta sprieguma diapazoni ir 0 < OL 6032. Attiecīgi 5 un 4,95 < OH < 5,0.
Kāda ir atšķirība starp CMOS un TTL?
• TTL komponenti ir salīdzinoši lētāki nekā līdzvērtīgi CMOS komponenti. Tomēr TKO tehnoloģijai ir tendence būt ekonomiskai lielākā mērogā, jo ķēdes komponenti ir mazāki un tiem ir nepieciešama mazāka regulēšana salīdzinājumā ar TTL komponentiem.
• CMOS komponenti nepatērē strāvu statiskā stāvoklī, taču enerģijas patēriņš palielinās līdz ar takts frekvenci. Savukārt TTL ir nemainīgs enerģijas patēriņa līmenis.
• Tā kā CMOS ir zemas strāvas prasības, enerģijas patēriņš ir ierobežots, un līdz ar to ķēdes ir lētākas un vieglāk izstrādājamas jaudas pārvaldībai.
• Tā kā pieauguma un krituma laiks ir ilgāks, digitālie signāli TKO vidē var būt lētāki un sarežģīti.
• CMOS komponenti ir jutīgāki pret elektromagnētiskiem traucējumiem nekā TTL komponenti.
