Какво е транзисторна транзисторна логика (TTL) и нейната работа

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Логически порти като NAND, NOR се използват в ежедневните приложения за извършване на логически операции. Портите се произвеждат с помощта на полупроводникови устройства като BJT, диоди или полеви транзистори. Различните порти се конструират с помощта на интегрални схеми. Цифровите логически схеми се произвеждат в зависимост от специфичната технология на веригите или логическите семейства. Различните логически семейства са RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diod Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) & CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). От тях RTL и DTL се използват рядко. Тази статия разглежда общ преглед на Транзистор-транзисторна логика или TTL .

История на транзистор-транзистор

Логиката TTL или транзистор-транзисторна логика е измислена през 1961 г. от „Джеймс Л. Буй от TRW“. Подходящ е за разработване на нови интегрални схеми. Истинското име на този TTL е TCTL, което означава транзисторно свързана транзисторна логика. През 1963 г. първите произведени в търговската мрежа TTL устройства са проектирани от „Sylvania“, известна като SUHL или „Sylvania Universal High-Level Logic family“.




След като инженерите от Тексас на приборите изстрелват интегралните схеми от серия 5400 през 1964 г. с обхвата на военната температура, тогава Transistor-Transistor Logic стана много популярен. След това серията 7400 стартира през по-тесен диапазон през 1966 година.

Съвместимите части от 7400 семейства, лансирани от Texas Instruments, са проектирани от няколко компании като National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa и др. компания като IBM пусна несъвместими схеми, използващи TTL за собствена употреба.



Транзисторно-транзисторната логика беше приложена към много биполярни логически поколения чрез бавно подобряване на скоростта, както и използването на мощност за около две десетилетия. Обикновено всеки TTL чип включва стотици транзистори. Като цяло, функциите в един пакет варират от логически порти до микропроцесор.
Първият компютър като Kenbak-1 е използван Transistor-Transistor Logic за своя процесор като алтернатива на микропроцесор. През 1970 г. Datapoint 2200 е използвал TTL компоненти и е бил основата за 8008 и след това набор от инструкции x86.

GUI, въведен от Xerox alto през 1973 г., както и работни станции Star през 1981 г., бяха използвани TTL вериги, които са включени на ниво ALU.


Какво е транзисторно-транзисторна логика (TTL)?

Транзисторно-транзисторната логика (TTL) е логическо семейство, съставено от BJT (биполярни транзистори). Както подсказва името, транзисторът изпълнява две функции като логика, както и усилване. Най-добрите примери за TTL са логическите порти, а именно портата 7402 NOR и портата 7400 NAND.

TTL логиката включва няколко транзистора, които имат няколко емитери, както и няколко входа. Видовете TTL или транзисторно-транзисторна логика включват основно TTL, Fast TTL, Schottky TTL, TTL с висока мощност, TTL с ниска мощност и Advanced TTL на Schottky.

Проектирането на TTL логически порти може да се извърши с резистори и BJT. Има няколко варианта на TTL, които са разработени за различни цели, като закалените с радиация пакети TTL за космически приложения и диодите на Schottky с ниска мощност, които могат да осигурят отлична комбинация от скорост и по-малка консумация на енергия.

Видове транзисторно-транзисторна логика

TTL се предлагат в различни типове и тяхната класификация се извършва въз основа на резултата, както следва.

  • Стандартен TTL
  • Бърз TTL
  • Шотки TTL
  • TTL с висока мощност
  • TTL с ниска мощност
  • Разширено TTL на Schottky.

TTL с ниска мощност работи с 33ns скорост на превключване, за да намали консумацията на енергия като 1 mW. Понастоящем това беше заменено чрез CMOS логика. Високоскоростният TTL има по-бързо превключване в сравнение с нормалния TTL като 6ns. Той обаче има разсейване на мощност като 22 mW.

Schottky TTL стартира през 1969 г. и се използва за избягване на съхранението на заряд, за да се увеличи времето за превключване чрез използване на диодни скоби на Schottky на терминала на портата. Тези терминали работят през 3ns, но включват разсейване на мощност като 19 mW

TTL с ниска мощност използва високи стойности на съпротивление от TTL с ниска мощност. Диодите на Шотки ще осигурят добра комбинация от скорост, както и намалено използване на мощността като 2 mW. Това е най-общият тип TTL, използван като лепилна логика в микрокомпютрите, като цяло замества предишните подфамилии като L, H & S.

Бързият TTL се използва за увеличаване на прехода от ниско към високо. Тези семейства са постигнали PDP от 4pJ и 10 pJ, съответно. LVTTL или TTL за ниско напрежение за захранвания 3.3V, както и взаимодействие с памет.

Повечето от дизайнерите предлагат както търговски, така и обширни температурни диапазони. Например, температурният диапазон на 7400 серийни части от Texas Instruments варира от 0 - 70 ° C, както и температурният диапазон от 5400 е от -55 до +125 ° C. Частите с висока надеждност и специално качество са достъпни за космически и военни приложения, докато радиационните устройства от серията SNJ54 се използват в космическите приложения.

Характеристики на TTL

Характеристиките на TTL включват следното.

  1. Изход от вентилатора: Брой натоварвания, които изходът на GATE може да управлява, без това да повлияе на обичайната му производителност. Под товар разбираме количеството ток, необходимо от входа на друга порта, свързана към изхода на дадената порта.
  2. Разсейване на мощността: Той представлява количеството енергия, необходимо на устройството. Измерва се в mW. Обикновено това е произведението на захранващото напрежение и размера на средния ток, изтеглен, когато изходът е висок или нисък.
  3. Забавяне на разпространението: Той представлява времето за преход, което изтича, когато входното ниво се промени. Закъснението, което настъпва за изхода, за да извърши своя преход, е забавяне на разпространението.
  4. Марж на шума: Той представлява количеството шумово напрежение, разрешено на входа, което не засяга стандартния изход.

Класификация на транзисторно-транзисторната логика

Това е логично семейство, състоящо се изцяло от транзистори. Той използва транзистор с множество излъчватели. Търговски започва със серия 74 като 7404, 74S86 и др. Построена е през 1961 г. от James L Bui и използвана в търговската мрежа за логически дизайн през 1963 г. TTL са класифицирани въз основа на резултата.

Отворете изхода на колектора

Основната характеристика е, че изходът му е 0, когато е нисък и плаващ, когато е висок. Обикновено може да се приложи външен Vcc.

Изход на отворен колектор на транзисторна транзисторна логика

Изход на отворен колектор на транзисторно-транзисторна логика

Транзисторът Q1 се държи като клъстер от диоди, поставени гръб до гръб. С който и да е от входовете при ниска логика, съответното кръстовище емитер-база е пристрастно напред и спадът на напрежението в основата на Q1 е около 0.9V, което не е достатъчно за транзисторите Q2 и Q3. По този начин изходът е или плаващ, или Vcc, т.е.високо ниво.

По същия начин, когато всички входове са високи, всички кръстовища на базовия емитер на Q1 са обратни пристрастни и транзисторът Q2 и Q3 получават достатъчно базов ток и са в режим на насищане. Изходът е на ниска логика. (За да може транзисторът да премине към насищане, токът на колектора трябва да бъде по-голям от β пъти по-голям от базовия ток).

Приложения

Приложенията на изхода с отворен колектор включват следното.

  • В лампи за движение или релета
  • При извършване на жична логика
  • При изграждането на обща автобусна система

Изход на тотем полюс

Тотем полюс означава добавяне на активна верига за изтегляне в изхода на портата, което води до намаляване на забавянето на разпространението.

TTL изход на тотем полюс

TTL изход на тотем полюс

Логическата операция е същата като изхода на отворен колектор. Използването на транзистори Q4 и диод е за осигуряване на бързо зареждане и разреждане на паразитен капацитет през Q3. Резисторът се използва за поддържане на изходния ток на безопасна стойност.

Три държавна порта

Той осигурява 3 състояния, както следва

  • Състояние на ниско ниво, когато долният транзистор е включен, а горният транзистор е изключен.
  • Състояние на високо ниво, когато долният транзистор е изключен, а горният транзистор е включен.
  • Трето състояние, когато двата транзистора са изключени. То позволява директна жична връзка на много изходи.
Транзисторна логика на три държавни порта

Три държавни порта транзистор-транзистор логика

Семейни функции на TTL

Характеристиките на семейството TTL включват следното.

  • Ниското ниво на логиката е при 0 или 0.2V.
  • Логиката на високо ниво е на 5V.
  • Типичен вентилатор от 10. Това означава, че може да поддържа най-много 10 порти на изхода си.
  • Основно TTL устройство използва мощност от почти 10mW, което намалява с използването на устройства на Schottky.
  • Средното забавяне на разпространението е около 9ns.
  • Границата на шума е около 0.4V.

Серия от TTL IC

TTL интегралните схеми най-вече започват със серията 7. Той има 6 подсемейства, дадени като:

  1. Устройство с ниска мощност със забавяне на разпространението от 35 ns и разсейване на мощността от 1mW.
  2. Шотки с ниска мощност устройство със закъснение от 9ns
  3. Усъвършенствано устройство на Schottky със закъснение от 1,5ns.
  4. Усъвършенстван Schottky с малка мощност устройство със закъснение от 4 ns и разсейване на мощността от 1mW.

Във всяка номенклатура на TTL устройства първите две имена показват името на подсемейството, към което принадлежи устройството. Първите две цифри показват температурния диапазон на работа. Следващите две азбуки показват подсемейството, към което принадлежи устройството. Последните две цифри показват логическата функция, изпълнявана от чипа. Примерите са 74LS02-2, нито вход NOR порта, 74LS10- Тройка 3 вход NAND порта.

Типични TTL вериги

Logic Gates се използват в ежедневието в приложения като сушилня за дрехи, компютърен принтер, звънец на вратата и др.

Трите основни логически порта, реализирани с помощта на TTL логика, са дадени по-долу: -

НИ порта

Да предположим, че входът A е на логическо ниво, преходът на съответния транзистор-емитер-база е обратен пристрастен, а преходът база-колектор е пристрастен напред. Транзисторът Q3 получава базов ток от захранващото напрежение Vcc и преминава към насищане. В резултат на ниското колекторно напрежение от Q3, транзисторът Q5 преминава към прекъсване и от друга страна, ако друг вход е нисък, Q4 се отрязва и съответно Q5 се прекъсва и изходът се свързва директно към земята чрез транзистор Q3 . По същия начин, когато и двата входа са логически ниски, изходът ще бъде с висока логика.

NOR Gate TTL

NOR Gate TTL

НЕ Порта

Когато входът е нисък, съответното кръстовище база-емитер е пристрастие напред, а кръстовището база-колектор е обратно пристрастие. В резултат на това транзисторът Q2 се отрязва, а също и транзисторът Q4 се отрязва. Транзисторът Q3 преминава към насищане и диодът D2 започва да провежда и изходът е свързан към Vcc и отива към логически висок. По същия начин, когато входът е на логическо ниво, изходът е на логически нисък.

НЕ Gate TTL

НЕ Gate TTL

TTL Сравнение с други логически семейства

Като цяло TTL устройствата използват повече енергия в сравнение с CMOS устройствата, но използването на мощност не се увеличава чрез тактова честота за CMOS устройства. В сравнение с настоящите ECL схеми, транзисторно-транзисторната логика използва ниска мощност, но има прости правила за проектиране, но е значително по-бавна.

Производителите могат да обединят TTL и ECL устройства в една и съща система, за да постигнат най-добра производителност, но устройства като превключване на нивото са необходими между двете логически семейства. TTL е слабо чувствителен към повреди от електростатичен разряд в сравнение с ранните CMOS устройства.

Поради структурата o / p на устройството TTL, импедансът o / p е асиметричен сред ниските и високите състояния, за да ги направи неподходящи за задвижване на предавателни линии. Обикновено този недостатък се преодолява чрез буфериране на o / p с помощта на специални устройства с линейни драйвери, където сигналите изискват предаване през кабели.

Структурата на тотем-полюс o / p на TTL често има бързо припокриване, след като и двата по-високи и долни транзистора провеждат, което води до значителен сигнал на тока, извлечен от захранването.

Тези сигнали могат да се свържат по внезапни методи между няколко IC пакета, което води до по-ниска производителност и намален запас от шум. Обикновено TTL системите използват разединителен кондензатор за всеки един иначе два IC пакета, така че текущият сигнал от един TTL чип не намалява за момент напрежението на захранващото напрежение до друго.

Понастоящем много дизайнери доставят CMOS логически еквиваленти чрез съвместими с TTL нива на i / p & o / p чрез номера на части, които са свързани със съответния TTL компонент, включително същите пиноти. Така например, серията 74HCT00 ще осигури няколко заместващи резервни части за 7400 биполярни части от серията, но използва CMOS технология.

Сравнението на TTL с други логически фамилии по отношение на различни спецификации включва следното.

Спецификации TTL CMOS

ECL

Основна порта

NAND

НИ / NAND

ИЛИ / НИ

Компоненти

Пасивни елементи и транзистори

MOSFETs

Пасивни елементи и транзистори

Фен-аут

10

> 50

25

Имунитет срещу шум

Силна

Изключително силен

добре

Марж на шума

Умерено

Високо

Ниска

TPD в ns

1,5 до 30

1 до 210

1 до 4

Тактова честота в MHz

35

10

> 60

Мощност / порта в mWatt

10

0,0025

40 до 55

Фигура на заслугите

100

0.7

40 до 50

Транзисторно-транзисторен логически инвертор

Устройствата с транзисторна транзисторна логика (TTL) са заменили диодната транзисторна логика (DTL), тъй като работят по-бързо и са по-евтини за работа. NAND IC с Quad 2-вход използва устройство 7400 TTL за проектиране на широка гама от схеми, което се използва като инвертор.

Схемата по-горе използва NAND порта в рамките на IC. Така че изберете превключвател A, за да активирате веригата, след което можете да забележите, че и двата светодиода във веригата ще се изключат. Когато изходът е нисък, тогава входът трябва да е висок. След това изберете превключвателя B, след което и двата светодиода ще се включат.

Когато превключвател А е избрал, тогава и двата входа на порта NAND ще бъдат високи, което означава, че изходът на логическите порти ще бъде по-малък. Когато е избран превключвател B, входовете няма да са високи за дълго време и светодиодите ще се включат.

Предимства и недостатъци

Предимствата на недостатъците на TTL включват следното.

Основното предимство на TTL е, че можем лесно да взаимодействаме с други вериги и възможността за генериране на трудни логически функции поради определени нива на напрежение, както и добри граници на шума TTL има добри характеристики като входящ вентилатор, което означава броя на i / p сигналите, които може да се приеме чрез вход.

TTL е имунизиран главно от стационарни електрически разряди, които не са като CMOS и в сравнение с CMOS те са икономични. Основният недостатък на TTL е високото използване на тока. Високите настоящи изисквания на TTL могат да доведат до обидно функциониране, тъй като състоянията o / p ще бъдат изключени. Дори и с различни версии на TTL, които имат ниско потребление на ток, ще бъдат конкурентни на CMOS.

С пристигането на CMOS, TTL приложенията бяха заменени чрез CMOS. Но TTL все още се използва в приложения, тъй като те са доста здрави и логическите порти са доста евтини.

TTL приложения

Приложенията на TTL включват следното.

  • Използва се в приложението на контролер за осигуряване на 0 до 5Vs
  • Използва се като превключващо устройство в задвижващи лампи и релета
  • Използва се в процесори на мини компютри като DEC VAX
  • Използва се в принтери и терминали за видео дисплей

По този начин става въпрос за всичко преглед на TTL или транзистор-транзисторна логика . Това е група от интегрални схеми, които поддържат логически състояния, както и да постигнат превключване с помощта на BJT. TTL е една от причините, поради които интегралните схеми се използват толкова широко, тъй като са евтини, по-бързи и с висока надеждност в сравнение с TTL и DTL. TTL използва транзистори през няколко емитери в портите, които имат няколко входа. Ето, има въпрос към вас, кои са подкатегориите транзистор-транзисторна логика?