Qu'est-ce que la logique de transistor à transistor (TTL) et son fonctionnement

Les portes logiques comme NAND, NOR sont utilisées dans les applications quotidiennes pour effectuer des opérations logiques. Les portes sont fabriquées à l'aide de dispositifs à semi-conducteurs tels que BJT, diodes ou FET. Différentes portes sont construites à l'aide de circuits intégrés. Les circuits logiques numériques sont fabriqués en fonction de la technologie de circuit spécifique ou des familles logiques. Les différentes familles logiques sont RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) et CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). Parmi ceux-ci, RTL et DTL sont rarement utilisés. Cet article présente un aperçu d'un Logique transistor-transistor ou TTL .

Histoire de la logique transistor-transistor

La logique TTL ou Transistor-Transistor Logic a été inventée en 1961 par «James L. Buie of TRW». Il convient au développement de nouveaux circuits intégrés. Le nom réel de ce TTL est TCTL, ce qui signifie une logique de transistor couplée à un transistor. En 1963, les premiers dispositifs TTL commerciaux ont été conçus par «Sylvania» connue sous le nom de SUHL ou «Sylvania Universal High-Level Logic family».

Après que les ingénieurs de Texas Instruments ont lancé les circuits intégrés de la série 5400 en 1964 avec la plage de températures militaires, le Transistor-Transistor Logic est devenu très populaire. Après cela, la série 7400 a été lancée dans une gamme plus étroite en 1966.

Les pièces compatibles des familles 7400 lancées par Texas instruments ont été conçues par plusieurs sociétés comme National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa, etc. La seule et unique fabrication une société comme IBM a lancé des circuits non compatibles utilisant TTL pour leur propre usage.

La logique transistor-transistor a été appliquée à de nombreuses générations de logique bipolaire en améliorant lentement la vitesse ainsi que l'utilisation de la puissance sur environ deux décennies. Habituellement, chaque puce TTL comprend des centaines de transistors. En général, les fonctions dans un seul boîtier vont des portes logiques à un microprocesseur.
Le premier PC comme Kenbak-1 a été utilisé Transistor-Transistor Logic pour son CPU en tant que substitut d'un microprocesseur. En 1970, le Datapoint 2200 a été utilisé des composants TTL et c'était la base pour le 8008 et ensuite le jeu d'instructions x86.

L'interface graphique introduite par Xerox alto en 1973 ainsi que les stations de travail Star en 1981 étaient des circuits TTL qui sont incorporés au niveau des ALU.

Qu'est-ce que la logique transistor-transistor (TTL)?

Le Transistor-Transistor Logic (TTL) est une famille logique composée de BJT (transistors bipolaires à jonction). Comme son nom l'indique, le transistor remplit deux fonctions telles que la logique et l'amplification. Les meilleurs exemples de TTL sont les portes logiques, à savoir la porte NOR 7402 et la porte NAND 7400.

La logique TTL comprend plusieurs transistors qui ont plusieurs émetteurs ainsi que plusieurs entrées. Les types de logique TTL ou transistor-transistor comprennent principalement le TTL standard, le TTL rapide, le TTL Schottky, le TTL haute puissance, le TTL basse puissance et le TTL avancé Schottky.

La conception des portes logiques TTL peut être réalisée avec des résistances et des BJT. Il existe plusieurs variantes de TTL qui sont développées à des fins différentes, telles que les boîtiers TTL durcis aux rayonnements pour les applications spatiales et les diodes Schottky à faible puissance qui peuvent fournir une excellente combinaison de vitesse et de consommation d'énergie moindre.

Types de logique transistor-transistor

Les TTL sont disponibles en différents types et leur classification est effectuée en fonction de la sortie comme suit.

• TTL standard
• TTL rapide
• Schottky TTL
• TTL haute puissance
• TTL basse consommation
• Advanced Schottky TTL.

Le TTL à faible puissance fonctionne avec une vitesse de commutation de 33 ns pour réduire la consommation d'énergie de 1 mW. À l'heure actuelle, cela a été remplacé par la logique CMOS. Le TTL haute vitesse offre une commutation plus rapide que le TTL normal comme 6ns. Cependant, il a une dissipation de puissance élevée comme 22 mW.

Schottky TTL a été lancé en 1969 et il est utilisé pour éviter le stockage de charge afin d'améliorer le temps de commutation en utilisant des pinces à diode Schottky à la borne de grille. Ces bornes de porte fonctionnent en 3ns mais elles incluent une dissipation de puissance élevée comme 19 mW

Le TTL à faible puissance utilise des valeurs de résistance élevées provenant du TTL à faible puissance. Les diodes Schottky fourniront un bon mélange de vitesse ainsi qu'une consommation d'énergie réduite comme 2 mW. C'est le type le plus général de TTL, utilisé comme logique de collage dans les micro-ordinateurs, remplace essentiellement les sous-familles précédentes telles que L, H & S.

Le TTL rapide est utilisé pour augmenter la transition du bas vers le haut. Ces familles ont atteint des PDP de 4pJ et 10 pJ, en conséquence. LVTTL ou TTL basse tension pour les alimentations 3.3V ainsi que l'interfaçage mémoire.

La plupart des concepteurs proposent des plages de températures commerciales et étendues. Par exemple, la plage de température des pièces de la série 7400 de Texas Instruments va de 0 à 70 ° C et la plage de température de la série 5400 va de -55 à +125 ° C. Les pièces de haute fiabilité et de qualité spéciale sont accessibles pour les applications aérospatiales et militaires, tandis que les appareils à rayonnement de la série SNJ54 sont utilisés dans les applications spatiales.

Caractéristiques du TTL

Les caractéristiques du TTL sont les suivantes.

1. Fan Out: Nombre de charges que la sortie d'un GATE peut entraîner sans affecter ses performances habituelles. Par charge, nous entendons la quantité de courant requise par l'entrée d'une autre porte connectée à la sortie de la porte donnée.
2. Dissipation de puissance: Il représente la quantité d'énergie nécessaire à l'appareil. Il est mesuré en mW. C'est généralement le produit de la tension d'alimentation et de la quantité de courant moyen consommé lorsque la sortie est élevée ou faible.
3. Délai de propagation: Il représente le temps de transition qui s'écoule lorsque le niveau d'entrée change. Le retard qui se produit pour que la sortie effectue sa transition est le retard de propagation.
4. Marge de bruit: Il représente la quantité de tension de bruit autorisée à l’entrée, qui n’affecte pas la sortie standard.
   

Classification de la logique transistor-transistor

C'est une famille logique entièrement constituée de transistors. Il utilise un transistor avec plusieurs émetteurs. Commercialement, il commence avec la série 74 comme le 7404, le 74S86, etc. Il a été construit en 1961 par James L Bui et utilisé commercialement dans la conception logique en 1963. Les TTL sont classés en fonction de la sortie.

Sortie à collecteur ouvert

La caractéristique principale est que sa sortie est 0 lorsqu'elle est basse et flottante lorsqu'elle est haute. Habituellement, un Vcc externe peut être appliqué.

Sortie à collecteur ouvert de la logique transistor-transistor

Le transistor Q1 se comporte comme un groupe de diodes placées dos à dos. Avec l'une des entrées au niveau logique bas, la jonction émetteur-base correspondante est polarisée en direct et la chute de tension à travers la base de Q1 est d'environ 0,9 V, ce qui n'est pas suffisant pour que les transistors Q2 et Q3 soient conducteurs. Ainsi, la sortie est soit flottante, soit Vcc, c'est-à-dire niveau haut.

De même, lorsque toutes les entrées sont hautes, toutes les jonctions base-émetteur de Q1 sont polarisées en inverse et les transistors Q2 et Q3 reçoivent suffisamment de courant de base et sont en mode saturation. La sortie est au niveau logique bas. (Pour qu'un transistor atteigne la saturation, le courant du collecteur doit être supérieur à β fois le courant de base).

Applications

Les applications de la sortie à collecteur ouvert sont les suivantes.

• Dans les feux de route ou les relais
• Dans l'exécution de la logique filaire
• Dans la construction d'un système de bus commun

Sortie de totem

Totem Pole signifie l'ajout d'un pull up actif du circuit dans la sortie de la porte qui se traduit par une réduction du délai de propagation.

Totem Pole Output TTL

Le fonctionnement logique est le même que celui de la sortie à collecteur ouvert. L'utilisation des transistors Q4 et de la diode est de fournir une charge et une décharge rapides de la capacité parasite à travers Q3. La résistance est utilisée pour maintenir le courant de sortie à une valeur sûre.

Porte des trois états

Il fournit une sortie à 3 états comme suit

• État de bas niveau lorsqu'un transistor inférieur est activé et qu'un transistor supérieur est désactivé.
• État de haut niveau lorsque le transistor inférieur est OFF et le transistor supérieur est ON.
• Troisième état lorsque les deux transistors sont OFF. Il permet une connexion filaire directe de nombreuses sorties.

Logique transistor-transistor à trois états

Caractéristiques de la famille TTL

Les caractéristiques de la famille TTL sont les suivantes.

• Le niveau logique bas est à 0 ou 0,2V.
• Le niveau logique haut est à 5V.
• Ventilateur typique sur 10. Cela signifie qu'il peut supporter au maximum 10 portes à sa sortie.
• Un appareil TTL de base consomme une puissance de près de 10 mW, ce qui diminue avec l'utilisation d'appareils Schottky.
• Le délai de propagation moyen est d'environ 9ns.
• La marge de bruit est d'environ 0,4V.

Série de TTL IC

Les circuits intégrés TTL commencent principalement par la série 7. Il a 6 sous-familles données comme:

1. Appareil Low Power avec un délai de propagation de 35 ns et une dissipation de puissance de 1 mW.
2. Schottky faible puissance appareil avec un retard de 9ns
3. Appareil Schottky avancé avec un délai de 1,5 ns.
4. Schottky avancé à faible consommation appareil avec un retard de 4 ns et une dissipation de puissance de 1 mW.

Dans toute nomenclature de périphérique TTL, les deux premiers noms indiquent le nom de la sous-famille à laquelle appartient le périphérique. Les deux premiers chiffres indiquent la plage de températures de fonctionnement. Les deux alphabets suivants indiquent la sous-famille à laquelle appartient l'appareil. Les deux derniers chiffres indiquent la fonction logique effectuée par la puce. Les exemples sont 74LS02- 2 ni porte NOR d'entrée, 74LS10- Porte NAND triple 3 entrées.

Circuits TTL typiques

Les portes logiques sont utilisées dans la vie quotidienne dans des applications comme un sèche-linge, une imprimante d'ordinateur, une sonnette, etc.

Les 3 portes logiques de base implémentées en logique TTL sont données ci-dessous: -

Porte NOR

Supposons que l’entrée A soit au niveau logique haut, que la jonction émetteur-base du transistor correspondant soit polarisée en inverse et la jonction base-collecteur soit polarisée en direct. Le transistor Q3 reçoit le courant de base de la tension d'alimentation Vcc et passe à la saturation. En raison de la faible tension de collecteur de Q3, le transistor Q5 se coupe et, d'autre part, si une autre entrée est faible, Q4 est coupé et en conséquence Q5 est coupé et la sortie est connectée directement à la terre via le transistor Q3 . De même, lorsque les deux entrées sont au niveau logique bas, la sortie sera au niveau logique haut.

Porte NOR TTL

PAS de porte

Lorsque l'entrée est basse, la jonction base-émetteur correspondante est polarisée en direct et la jonction base-collecteur est polarisée en inverse. En conséquence, le transistor Q2 est coupé et également le transistor Q4 est coupé. Le transistor Q3 passe à la saturation et la diode D2 commence à conduire et la sortie est connectée à Vcc et passe au niveau logique haut. De même, lorsque l'entrée est au niveau logique haut, la sortie est au niveau logique bas.

PAS Gate TTL

Comparaison TTL avec d'autres familles logiques

En règle générale, les périphériques TTL utilisent plus d'énergie que les périphériques CMOS, mais l'utilisation de la puissance ne s'améliore pas grâce à la vitesse d'horloge des périphériques CMOS. Par rapport aux circuits ECL actuels, la logique transistor-transistor utilise une faible puissance mais a des règles de conception simples mais elle est nettement plus lente.

Les fabricants peuvent réunir des dispositifs TTL et ECL dans le même système pour obtenir les meilleures performances, mais des dispositifs tels que le décalage de niveau sont nécessaires dans les deux familles logiques. Le TTL est peu sensible aux dommages dus aux décharges électrostatiques par rapport aux premiers appareils CMOS.

En raison de la structure o / p du dispositif TTL, l’impédance o / p est asymétrique entre les états bas et haut, ce qui les rend inappropriés pour piloter les lignes de transmission. Habituellement, cet inconvénient surmonte la mise en mémoire tampon de l'O / P en utilisant des dispositifs de commande de ligne spéciaux là où les signaux doivent être transmis à travers les câbles.

La structure o / p de totem-pole de TTL a souvent un chevauchement rapide une fois que les transistors supérieurs et inférieurs sont conducteurs, ce qui entraîne un signal substantiel de courant tiré de l'alimentation.

Ces signaux peuvent se connecter de manière soudaine entre plusieurs packages IC, ce qui se traduit par des performances inférieures et une marge de bruit réduite. En général, les systèmes TTL utilisent un condensateur de découplage pour chacun, sinon deux boîtiers IC, de sorte qu'un signal de courant d'une puce TTL ne diminue pas momentanément la tension d'alimentation en tension à une autre.

À l'heure actuelle, de nombreux concepteurs fournissent des équivalents logiques CMOS via des niveaux i / p & o / p compatibles TTL via des numéros de référence liés au composant TTL correspondant, y compris les mêmes brochages. Ainsi, par exemple, la série 74HCT00 fournira plusieurs alternatives pour les pièces de la série 7400 bipolaire, mais utilise la technologie CMOS.

La comparaison de TTL avec d’autres familles logiques en termes de spécifications différentes comprend les éléments suivants.

Inverseur logique transistor-transistor

Les dispositifs à transistor Transistor Logic (TTL) ont remplacé la diode transistor logic (DTL) car ils fonctionnent plus rapidement et sont moins chers à fonctionner. Le circuit intégré NAND avec entrée Quad 2 utilise un dispositif 7400 TTL pour concevoir une large gamme de circuits utilisés comme onduleur.

Le schéma de circuit ci-dessus utilise des portes NAND dans le circuit intégré. Sélectionnez donc le commutateur A pour activer le circuit, vous remarquerez alors que les deux LED du circuit s'éteindront. Lorsque la sortie est faible, l'entrée doit être élevée. Après cela, sélectionnez le commutateur B puis les deux LED s'allumeront.

Lorsque le commutateur A a sélectionné, les deux entrées de la porte NAND seront hautes, ce qui signifie que la sortie des portes logiques sera inférieure. Lorsque le commutateur B est sélectionné, les entrées ne seront pas hautes pendant longtemps et les LED s'allumeront.

Avantages et inconvénients

Les avantages des inconvénients du TTL sont les suivants.

Le principal avantage du TTL est que nous pouvons facilement nous interfacer avec d'autres circuits et la capacité de générer des fonctions logiques difficiles en raison de certains niveaux de tension ainsi que de bonnes marges de bruit.Le TTL a de bonnes fonctionnalités comme le ventilateur, ce qui signifie le nombre de signaux i / p qui peut être acceptée via une entrée.

Le TTL est principalement immunisé contre les dommages causés par les décharges d'électricité stationnaires contrairement au CMOS et par rapport au CMOS, ils sont économiques. Le principal inconvénient du TTL est une utilisation élevée du courant. Les demandes de courant élevées du TTL peuvent conduire à un fonctionnement offensif car les états o / p seront désactivés. Même avec différentes versions TTL qui ont une faible consommation de courant, elles seront compétitives par rapport au CMOS.

Avec l'arrivée du CMOS, les applications TTL ont été remplacées par CMOS. Mais, TTL est toujours utilisé dans les applications car ils sont assez robustes et les portes logiques sont assez bon marché.

Applications TTL

Les applications de TTL sont les suivantes.

• Utilisé dans l'application de contrôleur pour fournir 0 à 5Vs
• Utilisé comme dispositif de commutation dans les lampes de conduite et les relais
• Utilisé dans les processeurs de mini ordinateurs comme DEC VAX
• Utilisé dans les imprimantes et les terminaux d'affichage vidéo

Ainsi, il s'agit de un aperçu de la logique TTL ou transistor-transistor . C'est un groupe de circuits intégrés qui conservent les états logiques ainsi que pour atteindre la commutation à l'aide de BJT. Le TTL est l'une des raisons pour lesquelles les circuits intégrés sont si largement utilisés car ils sont peu coûteux, plus rapides et d'une grande fiabilité par rapport au TTL et au DTL. Un TTL utilise des transistors à travers plusieurs émetteurs dans des portes qui ont plusieurs entrées. Voici une question pour vous, quelles sont les sous-catégories de la logique transistor-transistor?