Diferença entre os ICs TTL e CMOS e Como Escolher Entre Eles

Foi em 1958 quando Jack Kilby da Texas Instruments, introduziu o primeiro Chip de Circuito Integrado (IC) do mundo à indústria electrónica. Esta invenção propagou-se como fogo selvagem, uma vez que os circuitos integrados eram mais fiáveis, compactos e podiam também poupar energia em comparação com os circuitos convencionais então utilizados. Em breve este alastro propagou-se como um incêndio e todas as empresas começaram a fabricar e adaptar circuitos integrados que levam à electrónica moderna como a conhecemos hoje em dia. Existem muitas técnicas de fabricação utilizadas no fabrico de circuitos integrados. Os dois tipos mais populares são o Transistor Transistor Logic (TTL) que foi introduzido em 1963 e o Complementry Metal Oxide Semiconductor (CMOS) que foi introduzido em 1968. Neste artigo vamos discutir sobre estas duas tecnologias e também como seleccionar entre CMOS e TTL IC com base nos requisitos de concepção do seu projecto.

O que é CMOS?

CMOS é a forma abreviada de Complementary Metal Oxide Semiconductor e é uma tecnologia para fabricar os IC’s que são utilizados em várias aplicações. CMOS é o tipo mais comum de fabricação de MOSFET, utiliza os pares complementares e simétricos dos transístores de efeito de campo de óxido metálico do tipo p e n para realizar as funções lógicas. A combinação de transístores PMOS e NMOS a serem utilizados num único pacote é mostrada abaixo.

Vários tipos de circuitos integrados são construídos usando a tecnologia CMOS como os microprocessadores, microcontroladores, chips de memória e vários outros circuitos lógicos digitais. Em circuitos analógicos estáticos como os conversores de dados, sensores de imagem, e transceptores, esta tecnologia é amplamente utilizada. CMOS propaga ambas as lógicas, alta e baixa ou o 0 e 1.

O que é TTL?

TTL significa Transistor-transistor Logic. É uma família lógica composta por transístores de junção bipolares (BJTs). Aqui, ambas as funções (lógica e amplificação) são executadas pelos transístores; por conseguinte, é nomeada como a Lógica de Transístor-Transistor. Um exemplo ideal de CI lógico TTL seria os CI de Portão Lógico como o 7400 NAND ou o 7402 NOR Gate.

TTL é a forma abreviada de lógica de transístor-transistor. A lógica TTL utiliza múltiplos transístores com múltiplos emissores e múltiplas entradas. Os tipos de lógica de transístor-transistor são lógica de transístor-transistor padrão, lógica de transístor-transistor rápido, lógica de transístor-transistor Schottky, lógica de transístor-transistor de alta potência, lógica de transístor-transistor de baixa potência, e lógica de transístor-transistor Schottky avançado.

TTL os portões lógicos são compostos pelos transístores de junção Bipolar e resistências. Existem muitas variantes de TTL desenvolvidas para vários fins particulares como os pacotes de TTL resistentes à radiação para aplicações espaciais e os díodos Schottky de baixa potência que podem fornecer uma excelente combinação de velocidade e menor consumo de energia.

Qual é a diferença entre CMOS e TTL? Qual é a melhor?

A vantagem do CMOS sobre os chips TTL é que o CMOS tem uma maior densidade de portões lógicos dentro do mesmo material. Os chips TTL consomem mais energia em comparação com a energia consumida pelos chips CMOS, mesmo em repouso. O consumo de energia do CMOS depende de vários factores e é variável. A taxa de relógio é um dos principais factores de consumo de energia. Valores de relógio mais elevados resultarão num maior consumo de energia. Ao fazer as comparações, uma única porta no chip CMOS consumiria os 10nW de potência, enquanto que uma porta equivalente no chip TTL consumiria aproximadamente 10mW de potência. A diferença é substancialmente alta e é por isso que os chips CMOS são sempre preferidos aos chips TTL.

Quando se considera o design e a fabricação, não há dúvida de que os chips CMOS são muito delicados e difíceis de manusear, uma vez que estes são altamente susceptíveis a descargas electrostáticas. Uma quantidade muito pequena de electricidade estática poderia causar danos nos chips CMOS. Assim, as pessoas muitas vezes não querem danificar os seus chips apenas tocando nos terminais do CMOS. Algumas diferenças básicas entre CMOS e TTL são explicadas a seguir:

1. os componentes CMOS são geralmente mais caros quando comparados com os componentes TTL. Mas a nível do sistema, os chips CMOS são menos dispendiosos, uma vez que são de menor tamanho em comparação com os chips TTL.
2. Há atrasos de propagação presentes em ambos. Em média, os atrasos de propagação de TTL são geralmente 10nS, enquanto que os atrasos de propagação para o CMOS situam-se entre 20 a 50 nS
3. CMOS tem tempos de subida e descida mais longos, pelo que os sinais digitais são mais simples e menos caros com os chips CMOS.
4. Há uma diferença substancial na gama de níveis de tensão para ambos. Para TTL é de 4,75 V a 5,25 V enquanto que para CMOS varia entre 0 a 1/3 VDD a um nível baixo e 2/3VDD a VDD a níveis altos.
5. A tecnologia TTL>CMOS é mais económica e preferida mais quando comparada com a lógica TTL.
6. As necessidades actuais do CMOS são baixas e assim o consumo de energia é limitado. Portanto, é mais fácil para os circuitos serem concebidos com a melhor gestão de energia.

>li> Os componentes CMOS das perturbações electromagnéticas são mais sensíveis em comparação com os componentes TTL

7. CMOS tem uma outra vantagem em relação ao TTL que permitiu menor ruído durante a transmissão
8. O número de cargas padrão que poderiam ser ligadas à saída da porta sob a operação normal que é a fan-out é 10 para o TTL enquanto que é 50 para o CMOS.
9. O número de entradas padrão que podem ser ligadas ao portão é o ventilador dentro, que é aproximadamente 12-14 para o TTL e para o CMOS é apenas 10.
10. Os portões básicos que são utilizados na construção do TTL são os portões NAND, sendo ambos os portões NAND-NOR utilizados nos circuitos CMOS.

O CMOS é uma boa escolha em relação aos componentes TTL?

Comparando as famílias lógicas TTL e CMOS, o CMOS tem mais vantagens em relação aos componentes TTL. Consome menos energia do que o TTL e é também mais económico. A potência de saída do CMOS é maior e é também menor em tamanho. Com maior imunidade ao ruído, estes permitem níveis mais baixos de ruído a transmitir enquanto a transmissão dos singles. Além disso, os atrasos de propagação são menores e, portanto, proporcionam uma transmissão mais rápida dos sinais que os circuitos TTL. Com maior número de ventiladores, o número de cargas pode ser ligado no terminal de saída do circuito CMOS. Embora estas sejam delicadas e, por conseguinte, exijam cuidado e atenção ao manuseá-las.

Diferença entre CMOS e TTL – Conclusão

Para comparar TTL e CMOS, é preciso pensar nos pontos acima mencionados. Como o CMOS consiste nos circuitos FET’s e TTL são constituídos por BJT, os chips CMOS são muito mais rápidos e eficientes. Existe uma densidade muito maior das funções lógicas num único chip em CMOS, em comparação com a TTL. Além disso, o consumo de energia dos circuitos TTL é maior quando comparado com o consumo de energia do CMOS. Embora o CMOS tenha um menor consumo de energia, os chips CMOS são mais susceptíveis à descarga eléctrica estática e, portanto, podem ser facilmente danificados. Os chips CMOS podem ter a lógica TTL e podem ser utilizados para a substituição do TTL IC.