Transistori-transistori logiikka

Transistori-transistorilogiikka ( TTL , TTL ) on eräänlainen digitaalinen logiikkapiiri , joka on rakennettu bipolaaristen transistorien ja vastusten pohjalta. Nimi transistori-transistori syntyi siitä tosiasiasta, että transistoreja käytetään sekä loogisten toimintojen suorittamiseen (esimerkiksi AND , TAI ) että ulostulosignaalin vahvistamiseen (toisin kuin vastus-transistori ja diodi-transistori -logiikka ).

Yksinkertaisin perus-TTL-elementti suorittaa loogisen JA-EI- operaation , toistaa periaatteessa DTL - mikropiirien rakenteen ja yhdistää samalla moniemitteritransistorin avulla diodin ja transistorivahvistimen ominaisuudet, mikä mahdollistaa voit lisätä nopeutta, vähentää virrankulutusta ja parantaa mikropiirien valmistustekniikkaa .

TTL on yleistynyt tietokoneissa , elektronisissa soittimissa sekä instrumentaatiossa ja automaatiossa (I&C). TTL:n laajan käytön vuoksi elektroniikkalaitteiden tulo- ja lähtöpiirit tehdään usein sähköisesti yhteensopiviksi TTL:n kanssa. Suurin jännite TTL-piireissä voi olla jopa 24 V , mutta tämä johtaa suureen virhesignaalin tasoon. Riittävän alhainen virhesignaalin taso, samalla kun säilytetään riittävä tehokkuus, saavutetaan 5 V jännitteellä , joten tämä arvo sisällytettiin TTL:n teknisiin määräyksiin.

TTL:stä tuli suosittu elektronisten järjestelmien suunnittelijoiden keskuudessa sen jälkeen, kun Texas Instruments esitteli 7400 - sarjan integroidut piirit vuonna 1965 . Tästä mikropiirisarjasta on tullut alan standardi, mutta TTL-mikropiirejä valmistavat myös muut yritykset. Lisäksi Texas Instruments ei ollut ensimmäinen, joka alkoi tuottaa TTL-mikropiirejä, vaan Sylvania ja Transitron aloittivat sen hieman aikaisemmin . Siitä huolimatta Texas Instruments 74 -sarjasta tuli alan standardi, mikä johtuu suurelta osin Texas Instrumentsin suuresta tuotantokapasiteetista sekä sen pyrkimyksistä edistää 74- sarjaa . toistaa muiden yritysten tuotteita ( Advanced Micro Devices , sarja 90/9N/9L/9H/9S Fairchild , Harris , Intel , Intersil , Motorola , National jne.).

TTL:n merkitys piilee siinä, että TTL-mikropiirit osoittautuivat massatuotantoon sopivammiksi ja samalla ylittivät parametrien suhteen aiemmin tuotetut mikropiirisarjat ( vastus-transistori- ja diodi-transistorilogiikka ).

Kuinka se toimii

TTL:n toimintaperiaate yksinkertaisella invertterillä :

Bipolaaritransistorit voivat toimia seuraavissa tiloissa: katkaisu, kylläisyys, normaalisti aktiivinen, käänteisesti aktiivinen. Käänteisessä aktiivisessa tilassa emitteriliitos on kiinni ja kollektoriliitos auki. Käänteisessä aktiivisessa tilassa transistorin virranvahvistus on paljon pienempi kuin normaalitilassa, mikä johtuu kanta-kollektori- ja kanta-emitteriliitosten suunnittelun epäsymmetriasta, erityisesti niiden pinta-alojen eroista ja puolijohteen kollektori- ja emitterikerrosten seostusaste (lisätietoja bipolaaritransistorin toimintatavoista, katso Bipolaarinen transistori ).

Nollapotentiaalilla missä tahansa moniemitteritransistorin VT1 emitterissä se toimii normaalissa kyllästystilassa, koska vastuksen R1 virta virtaa kantaan, joten kollektorin VT1 ja kannan VT2 potentiaali on lähellä nollaa (V be1 = (A|B=0) + 0,7V ≱ V bk1 + V be2 , kuvattu tässä artikkelissa englanniksi), mikä asettaa VT2:n katkaisutilaan, joten VT2-kollektorissa potentiaali on lähellä teholähde V cc , - elementin lähdössä logiikka 1. Tässä tilassa toisen emitterin potentiaalin muutos ei muuta elementin tilaa. "Maahan" kytketyn emitterin (tulon) kautta virta kulkee maahan I \u003d ( V cc  - 0,7) / R1, 0,7 V  - jännitehäviö eteenpäin esijännitetyssä emitteriliitoksessa VT1.

Jos sammutat kaikki emitterit tai syötät niihin logiikka 1 -jännitteitä (yli 2,4 V ), niin eteenpäin esijännitetyn kollektoriliitoksen VT1 kautta vastuksen virta R1, I = ( V cc  - 1,4) / R1, 1 , virtaa kantaan VT2, 4 V  - jännitehäviöiden summa eteenpäin esijännitteisessä emitteriliitoksessa VT2 ja eteenpäin esijännitetyssä kollektoriliitoksessa VT1, kun taas VT2 menee kyllästymiseen, sen kollektoripotentiaali tulee lähelle nollaa (looginen 0 ).

Siten ulostulo on looginen 0 vain, jos kaikkien tulojen tila on looginen 1, tämä vastaa loogista funktiota NAND.

TTL:n nopeus on suurempi kuin DTL-logiikassa, vaikka käytetyillä transistoreilla olisi sama nopeus. Tämä johtuu siitä, että kun lähtö siirtyy loogisen nollan tilasta loogiseen 1:een, transistori jättää kyllästymisen, VT2:n kantaan kertyneet vähemmistökannettajat eivät vain liukene spontaanisti, vaan myös valuvat kyllästyneen VT1:n kollektoriin ( kuten aiemmin todettiin, sen potentiaali on lähellä nollaa ). Tyypillinen latenssi elementtiä kohden varhaisten sarjan TTL IC:iden osalta on noin 22 ns .

Jotkin mikropiirit kussakin TTL-sarjassa on tehty ilman vastusta R2, ulostulona on VT2-kollektori, ns. avoimen kollektorin elementit. Joukko näitä lähtöjä voidaan kytkeä sähköisesti tarjoamalla yksi ulkoinen vastus, joka on kytketty V cc :iin toisessa päässä, mikä toteuttaa loogisen funktion "AND" - tällaista yhteyttä kutsutaan joskus "langalliseksi JA". Sähköpiirikaavioissa käytetään lisäsymbolia avoimen kollektorin elementtien symbolissa.

TTL-logiikka (kuten TTLSH) on DTL :n suora seuraaja ja käyttää samaa toimintaperiaatetta. Tulo-TTL-transistorissa (toisin kuin tavallisessa) on useita, yleensä 2-8 emitteriä. Nämä emitterit toimivat tulodiodeina (DTL:ään verrattuna). Moniemitteritransistori, verrattuna DTL-piireissä käytettyyn yksittäisten diodien kokoonpanoon, vie vähemmän tilaa sirulla ja tarjoaa suuremman nopeuden. On huomattava, että TTLSH-mikropiireissä 74LS-sarjasta alkaen käytetään moniemitteritransistorin sijasta Schottky-diodien (74LS-sarja) tai PNP-transistoreiden kokoonpanoa yhdessä Schottky-diodien (74AS, 74ALS-sarja) kanssa, joten että itse asiassa oli paluu DTL:ään. Vain 74-, 74H-, 74L-, 74S-sarjoja, jotka sisältävät moniemitteritransistorin, kutsutaan ansaitusti TTL:ksi. Kaikki myöhemmät moniemitteritransistorien sarjat eivät sisällä, itse asiassa ne ovat DTL:itä ja niitä kutsutaan vain "perinteisesti" TTLSH:ksi (TTL Schottky), koska ne ovat DTL:n kehitys .

Transistori-transistorilogiikka Schottky-diodeilla ( TTLSh )

TTLSH käyttää Schottky-diodeja, joissa Schottky-este ei salli transistorin siirtymistä saturaatiotilaan, minkä seurauksena diffuusiokapasitanssi on pieni ja kytkentäviiveet pienet ja nopeus suuri. Tällaista yhdistelmää (kaksinapainen transistori-Schottky-diodi kanta-kollektoripiirissä) pidetään erillisenä komponenttina - Schottky-transistori  - ja sillä on oma nimitys sähköpiirikaavioissa.

TTLSH-logiikka eroaa TTL:stä Schottky-diodien läsnäololla kantakeräinpiireissä , mikä eliminoi transistorin kyllästymisen, sekä vaimentavien Schottky-diodien läsnäolon tuloissa (harvoin lähdöissä), jotka vaimentavat häiriön aiheuttamaa impulssikohinaa. heijastukset pitkissä tietoliikennelinjoissa (pitkä katsotaan linjaksi, jossa signaalin etenemisaika on pidempi kuin sen etuosan kesto, nopeimmilla TTLSH-mikropiireillä linjasta tulee pitkä, alkaen useiden senttimetrien pituudesta).

Lajikkeet

Sarja ulkomaisia ​​TTL-mikropiirejä

Suluissa olevat luvut ovat kunkin sarjan tyypillisiä viiveaikoja (Tpd) ja virrankulutusta (Pd), jotka on otettu Texas Instrumentsin SDAA010.PDF -tiedostosta , paitsi 74F, jonka tiedot on otettu Fairchildin AN-661:stä.

• 74 - perus-TTL-sarja. Vaikka se oli ensimmäinen Texas Instrumentsin valmistama sarja , se on edelleen tuotannossa ({Tpd = 10 ns , Pd = 10 mW );
• 74L - sarja, jolla on pienempi virrankulutus, korvattu LS-sarjalla, sekä CMOS-mikropiirit, jotka ovat huomattavasti tehokkaampia (Tpd \u003d 33 ns , Pd \ u003d 1 mW );
• 74H - lisääntynyt nopeus. Käytettiin 1960-luvulla - 1970-luvun alussa ja korvattiin S-sarjalla (Tpd = 6 ns , Pd = 22 mW );
• 74S - Schottky-diodeilla (Schottky). Vaikka se on vanhentunut (74AS- ja 74F-sarjat ylittivät), sitä valmistaa edelleen Texas Instruments (Tpd = 3 ns , Pd = 19 mW );
• 74LS - Schottky-diodilla ja alhaisella virrankulutuksella (Low Power Schottky) (Tpd \u003d 9 ns , Pd \ u003d 2 mW );
• 74AS - parannettu Schottky-diodeilla (Advanced Schottky) (Tpd = 1,7 ns , Pd = 8 mW );
• 74ALS - parannettu Schottky-diodeilla ja alhaisella virrankulutuksella (Advanced Low Power Schottky) (Tpd = 4 ns , Pd = 1,2 mW );
• 74F - nopea (Fast) Schottky-diodeilla (Fast) (Tpd \u003d 1,7 ns , Pd \ u003d 4 mW , itse asiassa 74F on nopeudeltaan jonkin verran huonompi kuin 74AS);

Sarjan etuliite "74" tarkoittaa kaupallista versiota mikropiireistä , "54" - teollisuus- tai sotilaallinen, laajennettu lämpötila-alue -55 ° C ... +125 ° C. Pakkaustyyppi ilmoitetaan yleensä nimityksen viimeisellä kirjaimella, esimerkiksi Texas Instrumentsissa muovinen DIP-pakkaustyyppi on koodattu kirjaimella N (SN7400N).

Neuvostoliiton TTL-mikropiirien sarja

• 106 on varhainen sarja TTL-mikropiirejä, joiden integrointiaste on alennettu (enintään 2 logiikkaelementtiä yhdessä paketissa), suunniteltu ankariin käyttöolosuhteisiin (sotilasvarusteet, avaruus jne.). Sillä ei ole analogeja Texas Instrumentsin mikropiirien joukossa.
• 133 ja 155 vastaavat sarjoja 54 ja 74;
• 130, 131 - sarjat 54H ja 74H;
• 134, KR134 - sarjat 54L ja 74L;
• 136 ja 158 - lähellä 54L- ja 74L-sarjoja, mutta niissä on kaksinkertainen virrankulutus ja hieman nopeampi suorituskyky;
• 530 ja 531 - sarjat 54S ja 74S;
• 533 ja 555 - sarjat 54LS ja 74LS;
• 1530, KR1530 - sarjat 54AS ja 74AS (likimääräinen vastaavuus);
• 1531, KP1531 - sarjat 54F ja 74F;
• 1533, KR1533 - sarjat 54ALS ja 74ALS;

• K131LA3, Electronpriborin tehdas, Fryazino

• 133LA3 sotilasversio, kasvi "Planet" Veliky Novgorod

• KM155LA3, tehdas "Integral" Minsk

• I533KP11, kasvi "Svetlana" Pietari

• B533TM2 kristallikantajassa, Mezonin tehdas, Chisinau

Mikropiirien käytön ominaisuudet TTL-logiikalla

TTL-logiikan toiminnan aikana havaitaan melko voimakkaita virtojen purskeita (erityisesti lähdössä), jotka voivat aiheuttaa loispommituksia tehopiireihin, mikä johtaa itse TTL-elementtien vioittumiseen. Tämän ilmiön torjumiseksi on noudatettava seuraavia sääntöjä:

• TTL-mikropiirien teho on järjestetty kahdeksi väyläksi (yleensä kupari- tai messinkiliuskoista), joissa on lyhyet painetut raiteet virtanastoihin. Monikerroksisessa asennuksessa voimakiskoille on varattu erilliset kerrokset. Haaroittuneiden voimapolkujen käyttö on kielletty.
• Tehokiskojen väliin asennetaan estokondensaattorit, joilla on pieni parasiittisen induktanssi (keraamiset tai kiille). Pienin kapasitanssi, estokondensaattorien lukumäärä määräytyy TTL-mikropiirin asennusohjeissa.

Kaikkia TTL-elementin käytettävissä olevia tuloja ei aina käytetä tietyssä piirissä. Jos tuloon tarvitaan toimintalogiikan mukaan nollasignaali, niin käyttämättömät tulot kytketään yhteiseen johtimeen.

• Varsinaisessa TTL-piirissä käyttämättömiä tuloja ei voida kytkeä mihinkään, mutta loiskapasitanssin vuoksi signaalin etenemisviive ilmaantuu (noin 2 ns per sisääntulo), lisäksi käyttämättömiin tuloihin voi syntyä kohinaa. Kytkemättömien käyttämättömien tulojen jättäminen TTLSh:hen on kielletty.
• On mahdollista kytkeä käytettyjä ja käyttämättömiä tuloja (jos piiri sallii), mutta tämä kuormittaa signaalilähdettä enemmän ja lisää myös latenssia.
• Käyttämättömät tulot voidaan kytkeä invertoivan elementin lähtöön, jonka tulot on kytketty yhteiseen johtoon.
• Käyttämättömät tulot voidaan kytkeä virtalähteeseen vastuksen kautta - joissakin sarjoissa (yhdelle vastukselle samanaikaisesti kytkettyjen tulojen lukumäärä ja tämän vastuksen arvo säätelevät asiaa koskevat ohjeet) tai suoraan virtalähteeseen - toisille.

Katso myös

• Logiikkaelementit

Muistiinpanot

1. ↑ Shilo V. L.  Suositut digitaaliset mikropiirit. (Viitekirja) - Chelyabinsk .: MBR, 1989-352s. djvu Kuva 1.8.b

Linkit

• http://www.inp.nsk.su/~kozak/ttl/ttlh01.htm Hakukirja tavallisista digitaalisista TTL-mikropiireistä