CMOS versus TTL
Met de komst van de halfgeleidertechnologie werden geïntegreerde schakelingen ontwikkeld, die hun weg hebben gevonden naar elke vorm van technologie waarbij elektronica betrokken is. Van communicatie tot geneeskunde, elk apparaat heeft geïntegreerde schakelingen, waar schakelingen, indien geïmplementeerd met gewone componenten veel ruimte en energie zouden verbruiken, zijn gebouwd op een miniatuur siliciumwafer met behulp van geavanceerde halfgeleidertechnologieën die vandaag de dag aanwezig zijn.
Alle digitale geïntegreerde schakelingen zijn geïmplementeerd met logische poorten als hun fundamentele bouwsteen. Elke poort is geconstrueerd met behulp van kleine elektronische elementen zoals transistors, diodes en weerstanden. De set logische poorten die is geconstrueerd met behulp van gekoppelde transistors en weerstanden, staat gezamenlijk bekend als de TTL-poortfamilie. Om de tekortkomingen van TTL-poorten te verhelpen, werden meer technologisch geavanceerde methodologieën ontworpen voor de constructie van poorten, zoals pMOS, nMOS en het meest recente en populaire complementaire metaaloxide-halfgeleidertype of CMOS.
In een geïntegreerde schakeling zijn de poorten gebouwd op een siliciumwafel, technisch gezien als substraat. Op basis van de technologie die wordt gebruikt voor poortconstructie, worden IC's ook ingedeeld in families van TTL en CMOS, vanwege de inherente eigenschappen van het fundamentele poortontwerp, zoals signaalspanningsniveaus, stroomverbruik, responstijd en de schaal van integratie.
Meer over TTL
James L. Buie van TRW vond TTL uit in 1961, en het diende als vervanging voor de DL- en RTL-logica, en was lange tijd het favoriete IC voor instrumentatie en computercircuits. TTL-integratiemethoden zijn voortdurend in ontwikkeling en moderne pakketten worden nog steeds gebruikt in gespecialiseerde toepassingen.
TTL logische poorten zijn gebouwd van gekoppelde bipolaire junctietransistoren en weerstanden, om een NAND-poort te creëren. Input Low (IL) en Input High (IH) hebben spanningsbereiken 0 < IL < 0,8 en 2,2 < IH < 5,0 respectievelijk. De spanningsbereiken Output Low en Output High zijn 0 < OL < 0.4 en 2.6 < OH < 5.0 in de volgorde. De acceptabele ingangs- en uitgangsspanningen van de TTL-poorten worden onderworpen aan statische discipline om een hoger niveau van ruisimmuniteit in de signaaloverdracht te introduceren.
Een TTL-poort heeft gemiddeld een vermogensdissipatie van 10mW en een voortplantingsvertraging van 10nS bij het aansturen van een belasting van 15pF/400 ohm. Maar het stroomverbruik is vrij constant in vergelijking met de CMOS. TTL heeft ook een hogere weerstand tegen elektromagnetische storingen.
Veel varianten van TTL zijn ontwikkeld voor specifieke doeleinden, zoals stralingsgeharde TTL-pakketten voor ruimtetoepassingen en Low-power Schottky TTL (LS) die een goede combinatie biedt van snelheid (9,5ns) en een lager stroomverbruik (2mW)
Meer over CMOS
In 1963 vond Frank Wanlass van Fairchild Semiconductor de CMOS-technologie uit. De eerste CMOS-geïntegreerde schakeling werd echter pas in 1968 geproduceerd. Frank Wanlass patenteerde de uitvinding in 1967 toen hij bij RCA werkte.
CMOS-logicafamilie is de meest gebruikte logica-familie geworden vanwege de vele voordelen, zoals minder stroomverbruik en weinig ruis tijdens transmissieniveaus. Alle gangbare microprocessors, microcontrollers en geïntegreerde schakelingen gebruiken CMOS-technologie.
CMOS logische poorten zijn geconstrueerd met behulp van FET's met veldeffecttransistoren en de schakelingen zijn meestal verstoken van weerstanden. Als gevolg hiervan verbruiken CMOS-poorten helemaal geen stroom tijdens de statische toestand, waarbij de signaalingangen ongewijzigd blijven. Input Low (IL) en Input High (IH) hebben spanningsbereiken 0 < IL < 1.5 en 3.5 < IH < 5.0 en de uitgangsspanningen Laag en Uitgang Hoog zijn 0 < OL < 0.5 en 4,95 < OH < 5,0 respectievelijk.
Wat is het verschil tussen CMOS en TTL?
• TTL-componenten zijn relatief goedkoper dan de equivalente CMOS-componenten. De technologie van CMO's is echter meestal economisch op grotere schaal, omdat de circuitcomponenten kleiner zijn en minder regulering vereist in vergelijking met de TTL-componenten.
• CMOS-componenten verbruiken geen stroom tijdens de statische toestand, maar het stroomverbruik neemt toe met de kloksnelheid. TTL daarentegen heeft een constant stroomverbruik.
• Aangezien CMOS lage stroomvereisten heeft, is het stroomverbruik beperkt en zijn de circuits daarom goedkoper en gemakkelijker te ontwerpen voor energiebeheer.
• Als gevolg van langere stijg- en da altijden kunnen digitale signalen in een CMO-omgeving goedkoper en gecompliceerder zijn.
• CMOS-componenten zijn gevoeliger voor elektromagnetische storingen dan TTL-componenten.
