트랜지스터 트랜지스터 로직 (TTL) 및 그 작동 원리

NAND, NOR과 같은 논리 게이트는 논리 연산을 수행하기 위해 일상적인 애플리케이션에서 사용됩니다. 게이트는 BJT, 다이오드 또는 FET와 같은 반도체 장치를 사용하여 제조됩니다. 다른 게이트는 집적 회로를 사용하여 구성됩니다. 디지털 로직 회로는 특정 회로 기술 또는 로직 제품군에 따라 제조됩니다. 다양한 로직 제품군은 RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) 및 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic)입니다. 이 중에서 RTL과 DTL은 거의 사용되지 않습니다. 이 기사에서는 트랜지스터-트랜지스터 로직 또는 TTL .

트랜지스터-트랜지스터 로직 역사

TTL 또는 트랜지스터-트랜지스터 로직 로직은 1961 년 'TRW의 James L. Buie'가 발명했습니다. 새로운 집적 회로 개발에 적합합니다. 이 TTL의 실제 이름은 트랜지스터 결합 트랜지스터 논리를 의미하는 TCTL입니다. 1963 년에 제조 된 최초의 상용 TTL 장치는 SUHL 또는 'Sylvania Universal High-Level Logic 제품군'으로 알려진 'Sylvania'에 의해 설계되었습니다.

텍사스 인스트루먼트 엔지니어들이 1964 년 군용 온도 범위에서 5400 시리즈 IC를 출시 한 후 트랜지스터-트랜지스터 로직이 매우 유명해졌습니다. 그 후 7400 시리즈는 1966 년에 더 좁은 범위를 통해 출시되었습니다.

Texas Instruments에서 출시 한 7400 제품군의 호환 부품은 National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa 등과 같은 여러 회사에서 설계했습니다. IBM과 같은 회사는 자체 용도로 TTL을 사용하여 호환되지 않는 회로를 출시했습니다.

트랜지스터-트랜지스터 로직은 약 20 년에 걸쳐 속도와 전력 사용을 서서히 개선함으로써 많은 바이폴라 로직 세대에 적용되었습니다. 일반적으로 각 TTL 칩에는 수백 개의 트랜지스터가 포함됩니다. 일반적으로 단일 패키지의 기능은 논리 게이트에서 마이크로 프로세서에 이르기까지 다양합니다.
Kenbak-1과 같은 최초의 PC는 마이크로 프로세서의 대안으로 CPU 용 트랜지스터-트랜지스터 로직을 사용했습니다. 1970 년에 Datapoint 2200은 TTL 구성 요소를 사용했으며 8008 및 이후 x86 명령어 세트의 기반이되었습니다.

1973 년 Xerox alto가 도입 한 GUI와 1981 년 Star 워크 스테이션은 ALU 수준에 통합 된 TTL 회로를 사용했습니다.

트랜지스터-트랜지스터 로직 (TTL)이란 무엇입니까?

트랜지스터-트랜지스터 로직 (TTL)은 BJT (바이폴라 접합 트랜지스터)로 구성된 로직 제품군입니다. 이름에서 알 수 있듯이 트랜지스터는 논리와 증폭과 같은 두 가지 기능을 수행합니다. TTL의 가장 좋은 예는 논리 게이트, 즉 7402 NOR 게이트 및 7400 NAND 게이트입니다.

TTL 로직에는 여러 개의 이미 터와 여러 입력이있는 여러 트랜지스터가 포함됩니다. TTL 또는 트랜지스터-트랜지스터 로직의 유형에는 주로 표준 TTL, 고속 TTL, 쇼트 키 TTL, 고전력 TTL, 저전력 TTL 및 고급 쇼트 키 TTL이 포함됩니다.

TTL 로직 게이트의 설계는 저항과 BJT로 수행 할 수 있습니다. 우주 응용 분야를위한 방사선 강화 TTL 패키지 및 속도와 낮은 전력 소비의 탁월한 조합을 제공 할 수있는 저전력 쇼트 키 다이오드와 같이 다양한 목적으로 개발 된 TTL의 여러 변형이 있습니다.

트랜지스터-트랜지스터 로직의 유형

TTL은 다양한 유형으로 제공되며 다음과 같이 출력을 기반으로 분류됩니다.

• 표준 TTL
• 빠른 TTL
• 쇼트 키 TTL
• 고출력 TTL
• 저전력 TTL
• 고급 쇼트 키 TTL.

저전력 TTL은 33ns 스위칭 속도로 작동하여 1mW와 같은 전력 소비를 줄입니다. 현재 이것은 CMOS 로직을 통해 대체되었습니다. 고속 TTL은 6ns와 같은 일반 TTL에 비해 스위칭 속도가 빠릅니다. 그러나 22mW와 같은 높은 전력 손실이 있습니다.

Schottky TTL은 1969 년에 출시되었으며 게이트 터미널에서 Schottky 다이오드 클램프를 사용하여 스위칭 시간을 향상시키기 위해 전하 저장을 방지하는 데 사용됩니다. 이 게이트 터미널은 3ns에서 작동하지만 19mW와 같은 높은 전력 손실을 포함합니다.

저전력 TTL은 저전력 TTL의 높은 저항 값을 사용합니다. 쇼트 키 다이오드는 2mW와 같은 감소 된 전력 사용뿐만 아니라 속도의 좋은 조화를 제공합니다. 이것은 마이크로 컴퓨터 내에서 글루 로직처럼 사용되는 가장 일반적인 유형의 TTL이며 기본적으로 L, H, S와 같은 이전 하위 제품군을 대체합니다.

빠른 TTL은 로우에서 하이로의 전환을 증가시키는 데 사용됩니다. 이 제품군은 이에 따라 4pJ 및 10pJ의 PDP를 획득했습니다. 3.3V 전원 공급 장치 및 메모리 인터페이스를위한 LVTTL 또는 저전압 TTL.

대부분의 디자이너는 광범위한 온도 범위뿐만 아니라 상업용도 제공합니다. 예를 들어 Texas Instruments의 7400 시리즈 부품의 온도 범위는 0 – 70 ° C이고 5400 시리즈 온도 범위는 -55 ~ +125 ° C입니다. 높은 신뢰성과 특수한 품질을 가진 부품은 항공 우주 및 군사용으로 접근 할 수있는 반면 SNJ54 시리즈의 방사 장치는 우주 용으로 사용됩니다.

TTL의 특징

TTL의 특징은 다음과 같습니다.

1. 팬 아웃 : GATE의 출력이 일반적인 성능에 영향을주지 않고 구동 할 수있는로드 수입니다. 부하 란 주어진 게이트의 출력에 연결된 다른 게이트의 입력에 필요한 전류량을 의미합니다.
2. 전력 소모: 장치에 필요한 전력량을 나타냅니다. mW 단위로 측정됩니다. 일반적으로 공급 전압과 출력이 높거나 낮을 때 소모되는 평균 전류량의 곱입니다.
3. 전파 지연 : 입력 레벨이 변경 될 때 경과하는 전환 시간을 나타냅니다. 출력이 전환하는 데 발생하는 지연은 전파 지연입니다.
4. 노이즈 마진 : 입력에서 허용되는 노이즈 전압의 양을 나타내며 표준 출력에는 영향을주지 않습니다.
   

트랜지스터-트랜지스터 논리의 분류

완전히 트랜지스터로 구성된 논리적 제품군입니다. 이미 터가 여러 개인 트랜지스터를 사용합니다. 상업적으로 7404, 74S86 등과 같은 74 시리즈로 시작합니다. 1961 년 James L Bui가 제작하여 1963 년 로직 설계에 상업적으로 사용되었습니다. TTL은 출력에 따라 분류됩니다.

오픈 콜렉터 출력

주요 특징은 출력이 낮을 때 0이고 높을 때 부동이라는 것입니다. 일반적으로 외부 Vcc가 적용될 수 있습니다.

트랜지스터-트랜지스터 로직의 오픈 콜렉터 출력

트랜지스터 Q1은 연속적으로 배치 된 다이오드 클러스터처럼 작동합니다. 로직 로우의 입력을 사용하면 해당 에미 터-베이스 접합이 순방향 바이어스되고 Q1베이스의 전압 강하는 약 0.9V로 트랜지스터 Q2 및 Q3이 전도하기에 충분하지 않습니다. 따라서 출력은 플로팅 또는 Vcc, 즉 하이 레벨입니다.

마찬가지로 모든 입력이 높으면 Q1의 모든베이스-이미 터 접합이 역 바이어스되고 트랜지스터 Q2와 Q3은 충분한베이스 전류를 얻고 포화 모드에 있습니다. 출력은 로직 로우입니다. (트랜지스터가 포화 상태가 되려면 콜렉터 전류가베이스 전류의 β 배보다 커야합니다).

응용

오픈 콜렉터 출력의 용도는 다음과 같습니다.

• 램프 또는 릴레이 구동
• 유선 논리 수행
• 공통 버스 시스템 구축

토템 폴 출력

Totem Pole은 게이트의 출력에서 ​​활성 풀업 회로를 추가하여 전파 지연을 줄이는 것을 의미합니다.

토템 폴 출력 TTL

논리 동작은 오픈 콜렉터 출력과 동일합니다. 트랜지스터 Q4와 다이오드의 사용은 Q3에 걸쳐 기생 커패시턴스의 빠른 충전 및 방전을 제공하는 것입니다. 저항은 출력 전류를 안전한 값으로 유지하는 데 사용됩니다.

쓰리 스테이트 게이트

다음과 같은 3 가지 상태 출력을 제공합니다.

• 하부 트랜지스터가 ON이고 상부 트랜지스터가 OFF 일 때 로우 레벨 상태.
• 하부 트랜지스터가 OFF이고 상부 트랜지스터가 ON 일 때 하이 레벨 상태.
• 두 트랜지스터가 모두 OFF 일 때 세 번째 상태입니다. 그것 직접 와이어 연결 가능 많은 출력의.

3 개 상태 게이트 트랜지스터-트랜지스터 로직

TTL 제품군 기능

TTL 제품군의 기능은 다음과 같습니다.

• 로직 로우 레벨은 0 또는 0.2V입니다.
• 로직 하이 레벨은 5V입니다.
• 10 개 중 일반적인 팬입니다. 이는 출력에서 ​​최대 10 개의 게이트를 지원할 수 있음을 의미합니다.
• 기본 TTL 장치는 거의 10mW의 전력을 소비하므로 쇼트 키 장치를 사용하면 감소합니다.
• 평균 전파 지연은 약 9ns입니다.
• 노이즈 마진은 약 0.4V입니다.

TTL IC 시리즈

TTL IC는 대부분 7 시리즈로 시작합니다. 다음과 같이 주어진 6 개의 하위 패밀리가 있습니다.

1. 전파 지연이 35ns이고 전력 손실이 1mW 인 저전력 장치입니다.
2. 저전력 쇼트 키 9ns 지연 장치
3. 1.5ns 지연의 고급 쇼트 키 장치.
4. 고급 저전력 쇼트 키 4ns의 지연 및 1mW의 전력 손실을 가진 장치.

TTL 장치 명명법에서 처음 두 이름은 장치가 속한 하위 제품군의 이름을 나타냅니다. 처음 두 자리는 작동 온도 범위를 나타냅니다. 다음 두 개의 알파벳은 장치가 속한 하위 제품군을 나타냅니다. 마지막 두 자리는 칩이 수행하는 논리 기능을 나타냅니다. 예는 74LS02-2 입력 NOR 게이트, 74LS10- 트리플 3 입력 NAND 게이트입니다.

일반적인 TTL 회로

로직 게이트는 의류 건조기, 컴퓨터 프린터, 초인종 등과 같은 일상 생활에서 사용됩니다.

TTL 로직을 사용하여 구현 된 3 가지 기본 로직 게이트는 다음과 같습니다.

NOR 게이트

입력 A가 로직 하이이고 해당 트랜지스터의 이미 터-베이스 접합이 역방향 바이어스되고베이스-컬렉터 접합이 순방향 바이어스라고 가정합니다. 트랜지스터 Q3은 공급 전압 Vcc에서 기본 전류를 가져와 포화 상태가됩니다. Q3의 낮은 콜렉터 전압으로 인해 트랜지스터 Q5가 차단되고 다른 한편으로 다른 입력이 낮 으면 Q4가 차단되고 이에 따라 Q5가 차단되고 출력이 트랜지스터 Q3을 통해 접지에 직접 연결됩니다. . 마찬가지로 두 입력이 모두 로직 로우 일 때 출력은 로직 하이가됩니다.

NOR 게이트 TTL

NOT 게이트

입력이 낮 으면 해당베이스-이미 터 접합이 순방향 바이어스되고베이스-컬렉터 접합이 역방향 바이어스됩니다. 그 결과 트랜지스터 (Q2)가 차단되고 트랜지스터 (Q4)도 차단된다. 트랜지스터 Q3이 포화 상태가되고 다이오드 D2가 전도를 시작하고 출력이 Vcc에 연결되어 로직 하이가됩니다. 마찬가지로 입력이 로직 하이에있을 때 출력은 로직 로우에 있습니다.

NOT 게이트 TTL

다른 로직 제품군과의 TTL 비교

일반적으로 TTL 장치는 CMOS 장치에 비해 더 많은 전력을 사용하지만 전력 사용률은 CMOS 장치의 클럭 속도를 통해 향상되지 않습니다. 현재 ECL 회로에 비해 트랜지스터-트랜지스터 로직은 저전력을 사용하지만 설계 규칙이 단순하지만 상당히 느립니다.

제조업체는 동일한 시스템 내에서 TTL 및 ECL 장치를 통합하여 최상의 성능을 얻을 수 있지만 두 로직 제품군 간에는 레벨 시프 팅과 같은 장치가 필요합니다. TTL은 초기 CMOS 장치에 비해 정전기 방전으로 인한 손상에 덜 민감합니다.

TTL 장치의 o / p 구조로 인해 o / p 임피던스는 낮은 상태와 높은 상태 사이에서 비대칭 적이 어서 전송 라인을 구동하는 데 부적절합니다. 일반적으로 이러한 단점은 신호를 케이블을 통해 전송해야하는 모든 곳에서 특수 라인 드라이버 장치를 사용하여 o / p를 버퍼링함으로써 극복됩니다.

TTL의 토템폴 (totem-pole) o / p 구조는 높은 트랜지스터와 낮은 트랜지스터가 모두 전도되면 빠른 겹침이 발생하여 전원 공급 장치에서 상당한 전류 신호를 끌어냅니다.

이러한 신호는 여러 IC 패키지간에 갑작스러운 방법으로 연결될 수 있으므로 성능이 저하되고 노이즈 마진이 감소합니다. 일반적으로 TTL 시스템은 각각 두 개의 IC 패키지에 대해 디커플링 커패시터를 사용하므로 한 TTL 칩의 전류 신호가 전압 공급 전압을 일시적으로 다른 것으로 감소시키지 않습니다.

현재 많은 설계자들은 동일한 핀아웃을 포함하는 해당 TTL 구성 요소와 관련된 부품 번호를 통해 TTL 호환 i / p 및 o / p 레벨을 통해 CMOS 로직 등가물을 공급하고 있습니다. 예를 들어 74HCT00 시리즈는 7400 바이폴라 시리즈 부품에 대해 여러 드롭 인 대체품을 제공하지만 CMOS 기술을 활용합니다.

다른 사양 측면에서 TTL과 다른 로직 제품군의 비교는 다음과 같습니다.

트랜지스터-트랜지스터 로직 인버터

트랜지스터 트랜지스터 로직 (TTL) 장치는 더 빠르게 작동하고 작동 비용이 저렴하기 때문에 다이오드 트랜지스터 로직 (DTL)을 대체했습니다. 쿼드 2 입력 NAND IC는 7400 TTL 장치를 사용하여 인버터로 사용되는 다양한 회로를 설계합니다.

위의 회로도는 IC 내의 NAND 게이트를 사용합니다. 따라서 스위치 A를 선택하여 회로를 활성화하면 회로의 두 LED가 모두 꺼지는 것을 알 수 있습니다. 출력이 낮 으면 입력이 높아야합니다. 그 후 스위치 B를 선택하면 두 LED가 모두 켜집니다.

스위치 A가 선택되면 NAND 게이트의 두 입력이 모두 높아져 논리 게이트의 출력이 더 적을 것입니다. 스위치 B를 선택하면 입력이 오랫동안 높지 않고 LED가 켜집니다.

장점과 단점

TTL의 단점의 장점은 다음과 같습니다.

TTL의 주요 이점은 다른 회로와 쉽게 인터페이스 할 수 있으며 특정 전압 레벨과 좋은 노이즈 마진으로 인해 어려운 로직 기능을 생성 할 수 있다는 것입니다. TTL은 팬인과 같은 좋은 기능을 가지고 있으며 이는 i / p 신호의 수를 의미합니다. 입력을 통해 받아 들일 수 있습니다.

TTL은 주로 CMOS와 달리 고정 방전으로 인한 피해에 영향을받지 않으며 CMOS에 비해 경제적입니다. TTL의 주요 단점은 높은 전류 사용률입니다. TTL의 높은 전류 요구는 O / P 상태가 꺼지기 때문에 공격적인 기능으로 이어질 수 있습니다. 전류 소비가 낮은 다른 TTL 버전을 사용하더라도 CMOS와 경쟁 할 수 있습니다.

CMOS가 등장하면서 TTL 애플리케이션은 CMOS를 통해 대체되었습니다. 그러나 TTL은 매우 견고하고 논리 게이트가 상당히 저렴하기 때문에 여전히 애플리케이션에서 사용됩니다.

TTL 애플리케이션

TTL의 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

• 0 ~ 5V를 제공하기 위해 컨트롤러 애플리케이션에 사용
• 램프 및 릴레이 구동시 스위칭 장치로 사용
• 프로세서에 사용 미니 컴퓨터 DEC VAX처럼
• 프린터 및 비디오 디스플레이 터미널에 사용

따라서 이것은 TTL 또는 트랜지스터-트랜지스터 로직 개요 . 논리 상태를 유지하고 BJT를 사용하여 스위칭을 달성하는 IC 그룹입니다. TTL은 TTL 및 DTL에 비해 저렴하고 빠르며 높은 신뢰성을 제공하기 때문에 IC가 광범위하게 사용되는 이유 중 하나입니다. TTL은 여러 입력이있는 게이트의 여러 이미 터를 통해 트랜지스터를 사용합니다. 여기에 질문이 있습니다. 트랜지스터-트랜지스터 논리의 하위 범주는 무엇입니까?