Verschil tussen TTL- en CMOS-IC’s en hoe u ze kunt kiezen

In 1958 introduceerde Jack Kilby van Texas Instruments ’s werelds eerste Integrated Circuit (IC) Chip in de elektronica-industrie. Deze uitvinding verspreidde zich als een lopend vuurtje omdat IC’s betrouwbaarder en compacter waren en bovendien energie konden besparen in vergelijking met de conventionele circuits die toen werden gebruikt. Al snel verspreidde dit zich als een lopend vuurtje en begon elk bedrijf geïntegreerde schakelingen te fabriceren en aan te passen, wat leidde tot de moderne elektronica zoals we die vandaag kennen. Er worden vele fabricagetechnieken gebruikt bij de fabricage van IC’s. De twee populairste zijn de Transistor Transistor Logic (TTL) die in 1963 werd geïntroduceerd en de Complementry Metal Oxide Semiconductor (CMOS) die in 1968 werd geïntroduceerd. In dit artikel zullen we deze twee technologieën bespreken en ook hoe te kiezen tussen CMOS en TTL IC op basis van de ontwerpvereisten van uw project.

Wat is CMOS?

CMOS is de afkorting voor Complementary Metal Oxide Semiconductor en het is een technologie voor het fabriceren van IC’s die in diverse toepassingen worden gebruikt. CMOS is het meest gebruikelijke MOSFET fabricagetype, het gebruikt de complementaire en symmetrische paren van p-type en n-type metaaloxide-veldeffecttransistoren voor het uitvoeren van de logische functies. De combinatie van PMOS en NMOS transistoren die in één enkel pakket worden gebruikt, wordt hieronder getoond.

Verschillende soorten geïntegreerde schakelingen worden geconstrueerd met gebruikmaking van de CMOS-technologie, zoals de microprocessoren, microcontrollers, geheugenchips en diverse andere digitale logische schakelingen. In statische analoge schakelingen zoals gegevensomzetters, beeldsensoren en zendontvangers, wordt deze technologie op grote schaal gebruikt. CMOS propageert beide logica’s, hoog en laag of de 0 en 1.

Wat is TTL?

TTL staat voor Transistor-Transistor Logic. Het is een logische familie die bestaat uit bipolaire junctie-transistors (BJT’s). Hier worden beide functies (logica en versterking) uitgevoerd door de transistors; daarom wordt het de Transistor-Transistor Logica genoemd. Een ideaal voorbeeld van TTL logica IC’s zijn Logic Gate IC’s zoals de 7400 NAND of de 7402 NOR Gate.

TTL is de afkorting van transistor-transistorlogica. TTL-logica maakt gebruik van meerdere transistors met meerdere emitters en meerdere ingangen. De soorten transistor-transistorlogica zijn standaard transistor-transistorlogica, snelle transistor-transistorlogica, Schottky-transistorlogica, transistor-transistorlogica met hoog vermogen, transistor-transistorlogica met laag vermogen en geavanceerde Schottky-transistorlogica.

TL-logische poorten zijn opgebouwd uit bipolaire junctietransistoren en weerstanden. Er zijn vele varianten van TTL ontwikkeld voor verschillende specifieke doeleinden, zoals de stralingsbestendige TTL-pakketten voor ruimtevaarttoepassingen en Schottky-dioden met laag stroomverbruik die een uitstekende combinatie van snelheid en lager stroomverbruik kunnen bieden.

Wat is het verschil tussen CMOS en TTL? Welke is beter?

Het voordeel van CMOS ten opzichte van TTL chips is dat CMOS een hogere dichtheid van logische poorten heeft binnen hetzelfde materiaal. TTL-chips verbruiken meer stroom in vergelijking met de CMOS-chips, zelfs in rusttoestand. Het stroomverbruik van CMOS hangt af van verschillende factoren en is variabel. De kloksnelheid is een van de belangrijkste factoren voor het stroomverbruik. Hogere klokwaarden resulteren in een hoger stroomverbruik. Bij het maken van vergelijkingen zou een enkele poort in een CMOS chip 10nW stroom verbruiken, terwijl een vergelijkbare poort op een TTL chip ongeveer 10mW stroom verbruikt. Het verschil is aanzienlijk en daarom wordt altijd de voorkeur gegeven aan CMOS chips boven TTL chips.

Wanneer het ontwerp en de fabricage in aanmerking worden genomen, is er geen twijfel over mogelijk dat de CMOS chips zeer kwetsbaar zijn en moeilijk te hanteren, omdat zij zeer gevoelig zijn voor elektrostatische ontlading. Een zeer geringe hoeveelheid statische elektriciteit kan schade veroorzaken aan de CMOS-chips. Daarom beschadigen mensen hun chips vaak ongewild alleen al door de aansluitingen van de CMOS aan te raken. Enkele basis verschillen tussen CMOS en TTL worden hieronder uitgelegd:

1. CMOS componenten zijn over het algemeen duurder in vergelijking met de TTL componenten. Maar op systeemniveau zijn CMOS-chips minder duur, omdat ze kleiner zijn dan TTL-chips.
2. In beide zijn propagatievertragingen aanwezig. Gemiddeld is de voortplantingsvertraging bij TTL meestal 10 nS, terwijl die bij CMOS tussen 20 en 50 nS ligt.
3. CMOS heeft langere stijg- en daaltijden, zodat digitale signalen eenvoudiger en goedkoper zijn met CMOS-chips.
4. Er is een aanzienlijk verschil in het spanningsbereik voor beide. Voor TTL is het 4,75 V tot 5,25 V, terwijl het voor CMOS varieert van 0 tot 1/3 VDD op een laag niveau en 2/3VDD tot VDD op hoge niveaus.
5. CMOS-technologie is zuiniger en heeft de voorkeur boven TTL-logica.
6. De stroomvereisten van CMOS zijn laag en het stroomverbruik is dus beperkt. Daarom is het gemakkelijker voor de circuits worden ontworpen met de beste power management.
7. De elektromagnetische storingen CMOS componenten zijn gevoeliger in vergelijking met de TTL componenten
8. CMOS heeft een ander voordeel ten opzichte van de TTL dat het heeft toegestaan minder ruis tijdens de overdracht
9. Het aantal standaard belastingen die kunnen worden aangesloten op de uitgang van de poort onder de normale werking dat is de fan-out is 10 voor TTL terwijl het 50 voor de CMOS.
10. Het aantal standaard ingangen dat op de poort kan worden aangesloten is de fan-in, dat is ongeveer 12-14 voor de TTL en voor de CMOS is het slechts 10.
11. CMOS schakelingen zijn beter bestand tegen ruis dan de TTL schakelingen
12. De basis poorten die worden gebruikt in de constructie van de TTL zijn de NAND poorten, terwijl zowel de NAND-NOR poorten worden gebruikt in de CMOS schakelingen.

Is CMOS een goede keuze boven TTL Component?

Vergelijking van de TTL en CMOS logische families, heeft CMOS meer voordeel boven de TTL componenten. Het verbruikt minder stroom dan de TTL en is ook zuiniger. Het uitgangsvermogen van CMOS is hoger en het is ook kleiner van formaat. Met een hogere ongevoeligheid voor ruis, laten deze lagere ruisniveaus toe tijdens de transmissie van de singles. Ook de propagatie vertragingen zijn kleiner en dus zorgen voor een snellere transmissie van de signalen dat de TTL circuits. Met een grotere ventilator kan het aantal belastingen worden aangesloten op de uitgang van de CMOS schakeling. Deze zijn echter delicaat en vereisen daarom zorg en aandacht bij het hanteren ervan.

Verschil tussen CMOS en TTL – Conclusie

Om TTL en CMOS te vergelijken, moet men aan de hierboven genoemde punten denken. Aangezien de CMOS bestaat uit FET’s en de TTL circuits uit BJT’s, zijn CMOS chips veel sneller en efficiënter. Er is een veel hogere dichtheid van de logische functies in één chip in CMOS vergeleken met TTL. Ook is het stroomverbruik van de TTL schakelingen hoger in vergelijking met het stroomverbruik van CMOS. Hoewel CMOS minder stroom verbruikt, zijn CMOS-chips gevoeliger voor statische elektrische ontlading en kunnen dus gemakkelijk worden beschadigd. CMOS-chips kunnen TTL-logica bevatten en kunnen worden gebruikt ter vervanging van de TTL IC.