Vad är Transistor Transistor Logic (TTL) och dess funktion

Logikgrindar som NAND, NOR används i dagliga applikationer för att utföra logiska operationer. Portarna tillverkas med halvledaranordningar som BJT, dioder eller FET. Olika portar är konstruerade med hjälp av integrerade kretsar. Digitala logikkretsar tillverkas beroende på specifik kretsteknik eller logikfamiljer. De olika logikfamiljerna är RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) & CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). Av dessa används sällan RTL och DTL. Denna artikel diskuterar en översikt över a Transistor-Transistor Logic eller TTL .

Transistor-Transistor Logikhistoria

TTL- eller Transistor-Transistor Logic-logiken uppfanns 1961 av 'James L. Buie från TRW'. Den är lämplig för att utveckla nya integrerade kretsar. Det verkliga namnet på denna TTL är TCTL vilket betyder transistorkopplad transistorlogik. 1963 designades de första kommersiella TTL-enheterna som tillverkades av 'Sylvania', känd som SUHL eller 'Sylvania Universal High-Level Logic-familj'.

Efter att ingenjörsingenjörerna i Texas lanserade 5400-seriens IC: er 1964 med räckvidden för militär temperatur, blev Transistor-Transistor Logic mycket populär. Därefter lanserades 7400-serien genom ett smalare sortiment år 1966.

De kompatibla delarna av 7400 familjer som lanserades av Texas-instrument designades av flera företag som National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa, etc. Den enda tillverkningen företag som IBM lanserades icke-kompatibla kretsar med TTL för eget bruk.

Transistor-Transistor Logic applicerades på många bipolära logikgenerationer genom att långsamt förbättra hastigheten såväl som effektutnyttjandet under cirka två decennier. Vanligtvis innehåller varje TTL-chip hundratals transistorer. Generellt fungerar funktioner i ett enda paket från logiska grindar till en mikroprocessor.
Den första datorn som Kenbak-1 användes Transistor-Transistor Logic för sin CPU som en alternativ till en mikroprocessor. År 1970 användes Datapoint 2200 TTL-komponenter och det var basen för 8008 och därefter instruktionsuppsättningen x86.

GUI som introducerades av Xerox alto år 1973 liksom Star-arbetsstationer 1981 användes TTL-kretsar som är integrerade på ALU-nivå.

Vad är Transistor-Transistor Logic (TTL)?

Transistor-Transistor Logic (TTL) är en logikfamilj som består av BJT (bipolära övergångstransistorer). Som namnet antyder utför transistorn två funktioner som logik samt förstärkning. De bästa exemplen på TTL är logiska grindar, nämligen 7402 NOR Gate och 7400 NAND gate.

TTL-logik inkluderar flera transistorer som har flera sändare samt flera ingångar. Typerna av TTL- eller transistor-transistorlogik inkluderar främst Standard TTL, Snabb TTL, Schottky TTL, Hög effekt TTL, Låg effekt TTL och Advanced Schottky TTL.

Utformningen av TTL-logikgrindar kan göras med motstånd och BJT. Det finns flera varianter av TTL som är utvecklade för olika ändamål, såsom strålningshärdade TTL-paket för rymdtillämpningar och Schottky-dioder med låg effekt som kan ge en utmärkt kombination av hastighet och lägre strömförbrukning.

Typer av transistor-transistorlogik

TTL: er finns i olika typer och deras klassificering görs baserat på utdata enligt följande.

• Standard TTL
• Snabb TTL
• Schottky TTL
• Hög effekt TTL
• TTL med låg effekt
• Avancerad Schottky TTL.

TTL med låg effekt fungerar med en omkopplingshastighet på 33 ns för att minska strömförbrukningen som 1 mW. För närvarande ersattes detta genom CMOS-logik. Hög hastighet TTL har snabbare växling jämfört med normal TTL som 6ns. Den har dock hög effektförlust som 22 mW.

Schottky TTL lanserades år 1969 och används för att undvika lagring av laddning för att förbättra omkopplingstiden med Schottky-diodklämmor vid portterminalen. Dessa grindterminaler fungerar i 3ns men det inkluderar hög effektförlust som 19 mW

TTL med låg effekt använder höga motståndsvärden från TTL med låg effekt. Schottky-dioderna ger en bra blandning av hastighet och minskat effektutnyttjande som 2 mW. Detta är den mest generella typen av TTL, som används som limlogik inom mikrodatorer, ersätter i grunden de tidigare underfamiljerna som L, H & S.

Den snabba TTL används för att öka övergången från låg till hög. Dessa familjer uppnådde PDP på ​​4pJ & 10 pJ, motsvarande. LVTTL eller lågspännings TTL för 3,3 V strömförsörjning samt minnesgränssnitt.

De flesta konstruktörer tillhandahåller kommersiella såväl som omfattande temperaturintervall. Till exempel varierar temperaturområdet för 7400-seriens delar från Texas Instruments från 0 - 70 ° C såväl som 5400-serien temperaturområde är från −55 till +125 ° C. Delarna med hög tillförlitlighet och speciell kvalitet är tillgängliga för flyg- och militärapplikationer medan strålningsanordningarna från SNJ54-serien används i rymdapplikationer.

Egenskaper för TTL

Egenskaperna hos TTL inkluderar följande.

1. Fan Out: Antalet laster som en GATE kan köra utan att påverka dess vanliga prestanda. Med belastning menar vi mängden ström som krävs av ingången till en annan grind ansluten till utgången för den givna grinden.
2. Effektförlust: Det representerar den mängd energi som enheten behöver. Den mäts i mW. Det är vanligtvis produkten av matningsspänning och mängden genomsnittsström som dras när utgången är hög eller låg.
3. Förökningsfördröjning: Den representerar övergångstiden som går när ingångsnivån ändras. Fördröjningen som inträffar för att utgången ska göra sin övergång är utbredningsfördröjningen.
4. Bullermarginal: Det representerar mängden bullerspänning som tillåts vid ingången, vilket inte påverkar standardutgången.
   

Klassificering av transistor-transistorlogik

Det är en logisk familj som består helt av transistorer. Den använder en transistor med flera sändare. Kommersiellt börjar det med 74-serien som 7404, 74S86, etc. Den byggdes 1961 av James L Bui och användes kommersiellt i logisk design 1963. TTL klassificeras baserat på utdata.

Öppna Collector Output

Huvudfunktionen är att dess produktion är 0 när den är låg och flytande när den är hög. Vanligtvis kan en extern Vcc tillämpas.

Öppen kollektorutgång för transistor-transistorlogik

Transistor Q1 beter sig som ett kluster av dioder placerade rygg mot rygg. Med någon av ingångarna vid logisk låg är motsvarande emitter-baskorsning förspänd och spänningsfallet över basen på Q1 är cirka 0,9 V, inte tillräckligt för att transistorerna Q2 och Q3 ska leda. Således är utgången antingen flytande eller Vcc, dvs. hög nivå.

På samma sätt, när alla ingångar är höga, är alla bas-emitterkorsningar av Q1 omvänd förspända och transistorn Q2 och Q3 får tillräckligt med basström och är i mättnadsläge. Utgången är logiskt låg. (För att en transistor ska gå till mättnad bör kollektorströmmen vara större än β gånger basströmmen).

Applikationer

Tillämpningarna av öppen kollektorutgång inkluderar följande.

• I körlampor eller reläer
• Vid utförande av trådbunden logik
• Vid byggandet av ett gemensamt bussystem

Totempolutgång

Totempolen betyder tillägg av en aktiv dragning upp kretsen i utgången från porten vilket resulterar i en minskning av utbredningsfördröjningen.

Totem Pole Output TTL

Logik är samma som den öppna kollektorutgången. Användningen av transistorerna Q4 och dioden är för att ge snabb laddning och urladdning av parasitkapacitans över Q3. Motståndet används för att hålla utströmmen till ett säkert värde.

Three State Gate

Det ger 3 tillståndsutdata som följande

• Läge på låg nivå när en nedre transistor är PÅ och en övre transistor är AV.
• Högnivåstatus när den nedre transistorn är AV och den övre transistorn är PÅ.
• Tredje tillståndet när båda transistorerna är AV. den möjliggör en direkt trådanslutning av många utgångar.

Tre State Gate Transistor-Transistor Logik

TTL-familjefunktioner

Funktionerna i TTL-familjen inkluderar följande.

• Logisk låg nivå är vid 0 eller 0,2 V.
• Logisk hög nivå ligger vid 5V.
• Typisk fläkt av 10. Det betyder att den kan stödja högst 10 grindar vid dess utgång.
• En grundläggande TTL-enhet drar en effekt på nästan 10 mW, vilket minskar med användning av Schottky-enheter.
• Den genomsnittliga utbredningsfördröjningen är cirka 9 ns.
• Ljudmarginalen är cirka 0,4 V.

Serie av TTL IC

TTL IC: n börjar mestadels med 7-serien. Den har sex underfamiljer som ges:

1. Enhet med låg effekt med en utbredningsfördröjning på 35 ns och effektavledning på 1mW.
2. Schottky med låg effekt enhet med en fördröjning på 9ns
3. Avancerad Schottky-enhet med en fördröjning på 1,5 ns.
4. Avancerad lågeffekt Schottky enhet med en fördröjning på 4 ns och effektavledning på 1 mW.

I valfri TTL-enhetsnomenklatur anger de två första namnen namnet på den underfamilj som enheten tillhör. De två första siffrorna indikerar temperaturintervallet. De två följande alfabeten anger underfamiljen som enheten tillhör. De två sista siffrorna indikerar den logiska funktion som chipet utför. Exemplen är 74LS02- 2 varken ingång NOR-grind, 74LS10- Triple 3-ingång NAND-grind.

Typiska TTL-kretsar

Logic Gates används i vardagen i applikationer som en torktumlare, datorskrivare, dörrklocka etc.

De tre grundläggande logikgrindarna som implementeras med TTL-logik ges nedan: -

NOR-porten

Antag att ingång A är logisk hög, motsvarande transistors emitter-baskorsning är omvänd förspänd och baskollektorkoppling är förspänd. Transistorn Q3 får basström från matningsspänningen Vcc och går till mättnad. Som ett resultat av den låga kollektorspänningen från Q3 går transistorn Q5 av och å andra sidan, om en annan ingång är låg, stängs Q4 av och motsvarande Q5 stängs av och utgången är ansluten direkt till marken genom transistorn Q3 . På samma sätt, när båda ingångarna är logiska låga, kommer utgången att vara logisk hög.

NOR Gate TTL

INTE Gate

När ingången är låg är motsvarande bas-emitter-korsning förspänd och bas-kollektor-korsningen är förspänd bakåt. Som ett resultat avbryts transistorn Q2 och transistorn Q4 stängs också av. Transistorn Q3 går till mättnad och dioden D2 börjar leda och utgången är ansluten till Vcc och går till logik hög. På samma sätt, när ingången är logisk hög, är utgången logisk låg.

INTE Gate TTL

TTL-jämförelse med andra logiska familjer

Generellt använder TTL-enheter mer kraft jämfört med CMOS-enheter, men strömförbrukningen förbättras inte genom klockhastighet för CMOS-enheter. Jämfört med nuvarande ECL-kretsar använder transistor-transistorlogik låg effekt men har enkla designregler men den är betydligt långsammare.

Tillverkare kan förena TTL- och ECL-enheter inom samma system för att uppnå bästa prestanda, men enheter som nivåförskjutning är nödvändiga bland de två logikfamiljerna. TTL är lågkänsligt för skador från elektrostatisk urladdning jämfört med tidiga CMOS-enheter.

På grund av TTL-enhetens o / p-struktur är o / p-impedansen asymmetrisk bland de låga och höga tillstånden för att göra dem olämpliga för att driva överföringsledningar. Vanligtvis övervinner denna nackdel genom att buffra o / p med hjälp av speciella linjedrivenheter varhelst signaler kräver sändning genom kablar.

Den totempoliga o / p-strukturen hos TTL har ofta en snabb överlappning när både de högre och nedre transistorerna leder, vilket resulterar i en väsentlig strömsignal från strömförsörjningen.

Dessa signaler kan anslutas i plötsliga metoder mellan flera IC-paket, vilket resulterar i lägre prestanda och minskad brusmarginal. Generellt använder TTL-systemen en frikopplingskondensator för var och en annars två IC-paket, så en strömsignal från ett TTL-chip minskar inte spänningsmatningsspänningen till en annan tillfälligt.

För närvarande levererar många designers CMOS-logikekvivalenter genom TTL-kompatibla i / p & o / p-nivåer genom artikelnummer som är relaterade till motsvarande TTL-komponent inklusive samma pinouts. Så till exempel kommer 74HCT00-serien att ge flera drop-in-alternativ för 7400 bipolära seriedelar, men använder CMOS-teknik.

Jämförelsen av TTL med andra logikfamiljer när det gäller olika specifikationer inkluderar följande.

Transistor-Transistor Logic Inverter

Transistor Logic (TTL) -enheterna har ersatt diodtransistorlogik (DTL) eftersom de fungerar snabbare och är billigare att fungera. NAND IC med Quad 2-ingång använder en 7400 TTL-enhet för att utforma ett brett spektrum av kretsar som används som en inverter.

Kretsschemat ovan använder NAND-grindar inom IC. Så välj omkopplare A för att aktivera kretsen så kan du märka att båda lysdioderna i kretsen kommer att stängas av. När utmatningen är låg bör ingången vara hög. Välj därefter omkopplaren B så tänds båda lysdioderna.

När omkopplare A har valt kommer båda ingångarna till NAND-grinden att vara höga, vilket innebär att utgången från de logiska grindarna blir mindre. När omkopplare B har valts kommer ingångarna inte att vara höga under lång tid och lysdioderna tänds.

Fördelar och nackdelar

Fördelarna med nackdelar med TTL inkluderar följande.

Den största fördelen med TTL är att vi enkelt kan ansluta till andra kretsar och förmågan att generera svåra logiska funktioner på grund av vissa spänningsnivåer samt goda brusmarginaler TTL har bra funktioner som fan-in vilket betyder antalet i / p-signaler som kan accepteras via en inmatning.

TTL är huvudsakligen immun mot skador från stationära elektricitetsurladdningar som inte liknar CMOS och jämfört med CMOS är dessa ekonomiska. Den största nackdelen med TTL är högt strömutnyttjande. TTL: s höga nuvarande krav kan leda till stötande funktion eftersom o / p-tillstånd kommer att stängas av. Även med olika TTL-versioner med låg strömförbrukning kommer CMOS att vara konkurrenskraftigt.

Med ankomsten av CMOS har TTL-applikationer ersatts genom CMOS. Men TTL används fortfarande i applikationer eftersom de är ganska robusta och de logiska grindarna är ganska billiga.

TTL-applikationer

Tillämpningarna av TTL inkluderar följande.

• Används i controller-applikationen för att tillhandahålla 0 till 5 V
• Används som kopplingsanordning i körlampor och reläer
• Används i processorer av minidatorer som DEC VAX
• Används i skrivare och videoterminaler

Således handlar det här om en översikt över TTL- eller transistor-transistorlogik . Det är en grupp IC som behåller logiska tillstånd såväl som för att uppnå växling med BJT. TTL är en av anledningarna till att IC: er används så mycket eftersom de är billiga, snabbare och hög tillförlitlighet jämfört med TTL och DTL. En TTL använder transistorer genom flera sändare i grindar som har flera ingångar. Här är en fråga till dig, vilka underkategorier är transistor-transistorlogik?