CMOS לעומת TTL
עם הופעתה של טכנולוגיית המוליכים למחצה, פותחו מעגלים משולבים, והם מצאו את דרכם לכל צורה של טכנולוגיה הכוללת אלקטרוניקה. מתקשורת ועד רפואה, לכל מכשיר יש מעגלים משולבים, שבהם מעגלים, אם מיושמים עם רכיבים רגילים היו צורכים מקום ואנרגיה גדולים, בנויים על פרוסת סיליקון מיניאטורית תוך שימוש בטכנולוגיות מוליכים למחצה מתקדמות הקיימות כיום.
כל המעגלים המשולבים הדיגיטליים מיושמים באמצעות שערים לוגיים כאבן הבניין הבסיסית שלהם. כל שער בנוי באמצעות אלמנטים אלקטרוניים קטנים כגון טרנזיסטורים, דיודות ונגדים.קבוצת השערים הלוגיים הבנויים באמצעות טרנזיסטורים ונגדים מצמדים ידועים ביחד כמשפחת שערים TTL. כדי להתגבר על החסרונות של שערי TTL תוכננו מתודולוגיות מתקדמות יותר מבחינה טכנולוגית לבניית שערים, כגון pMOS, nMOS וסוג המוליכים למחצה תחמוצת מתכת המשלימים העדכניים והפופולריים ביותר, או CMOS.
במעגל משולב, השערים בנויים על רקיקת סיליקון, הנקראת מבחינה טכנית כמצע. בהתבסס על הטכנולוגיה המשמשת לבניית שערים, ICs מסווגים גם למשפחות של TTL ו-CMOS, בגלל המאפיינים המובנים של עיצוב השער הבסיסי כגון רמות מתח האות, צריכת החשמל, זמן התגובה וסולם האינטגרציה.
עוד על TTL
James L. Buie מ-TRW המציא את TTL ב-1961, והוא שימש כתחליף ללוגיקה של DL ו-RTL, והיה ה-IC הנבחר עבור מכשור ומעגלי מחשב במשך זמן רב. שיטות שילוב TTL מתפתחות ללא הרף, וחבילות מודרניות עדיין נמצאות בשימוש ביישומים מיוחדים.
TTL שערים לוגיים בנויים מטרנזיסטורי צומת דו-קוטביים ומנגדים, כדי ליצור שער NAND. קלט נמוך (IL) ו-Input High (IH) הם בעלי טווחי מתח 0 < IL < 0.8 ו-2.2 < IH < 5.0 בהתאמה. טווחי המתח של פלט נמוך ופלט גבוה הם 0 < OL < 0.4 ו-2.6 < OH < 5.0 בהזמנה. מתחי הכניסה והיציאה המקובלים של שערי ה-TTL נתונים למשמעת סטטית כדי להציג רמה גבוהה יותר של חסינות רעש בהעברת האות.
לשער TTL, בממוצע, יש פיזור הספק של 10mW והשהיית התפשטות של 10nS, כאשר נוהגים בעומס של 15pF/400 אוהם. אבל צריכת החשמל די קבועה בהשוואה ל-CMOS. ל-TTL יש גם עמידות גבוהה יותר בפני שיבושים אלקטרומגנטיים.
גרסאות רבות של TTL פותחו למטרות ספציפיות כמו חבילות TTL מוקשות בקרינה ליישומי חלל ו-Schottky TTL (LS) בהספק נמוך המספק שילוב טוב של מהירות (9.5ns) וצריכת חשמל מופחתת (2mW)
עוד על CMOS
בשנת 1963, פרנק וואנלס מחברת Fairchild Semiconductor המציא את טכנולוגיית ה-CMOS. עם זאת, המעגל המשולב CMOS הראשון יוצר רק בשנת 1968. פרנק וואנלס רשם פטנט על ההמצאה בשנת 1967 בזמן שעבד ב-RCA, באותה תקופה.
משפחת הלוגיקה CMOS הפכה למשפחות הלוגיות הנפוצות ביותר בשל יתרונותיה הרבים כגון צריכת חשמל נמוכה ורעש נמוך במהלך רמות השידור. כל המיקרו-מעבדים, המיקרו-בקרים והמעגלים המשולבים הנפוצים משתמשים בטכנולוגיית CMOS.
שערים לוגיים של CMOS בנויים באמצעות טרנזיסטורי אפקט שדה FET, והמעגלים נטולי נגדים ברובם. כתוצאה מכך, שערי CMOS אינם צורכים כוח כלל במהלך המצב הסטטי, שבו כניסות האות נשארות ללא שינוי. קלט נמוך (IL) ו-Input High (IH) הם בעלי טווחי מתח 0 < IL < 1.5 ו-3.5 < IH < 5.0 וטווחי המתח של פלט נמוך ופלט גבוה הם 0 < OL < 0.5 ו-4.95 < OH < 5.0 בהתאמה.
מה ההבדל בין CMOS ל-TTL?
• רכיבי TTL זולים יחסית מרכיבי CMOS המקבילים. עם זאת, טכנולוגיית CMOs נוטה להיות חסכונית בקנה מידה גדול יותר מכיוון שרכיבי המעגל קטנים יותר ודורשים פחות ויסות בהשוואה לרכיבי TTL.
• רכיבי CMOS אינם צורכים חשמל במצב סטטי, אך צריכת החשמל עולה עם קצב השעון. ל-TTL, לעומת זאת, יש רמת צריכת חשמל קבועה.
• מכיוון של-CMOS יש דרישות זרם נמוכות, צריכת החשמל מוגבלת ולכן המעגלים זולים יותר וקלים יותר לתכנון לניהול חשמל.
• עקב זמני עלייה וירידות ארוכים יותר, אותות דיגיטליים בסביבת CMOs יכולים להיות פחות יקרים ומסובכים.
• רכיבי CMOS רגישים יותר לשיבושים אלקטרומגנטיים מאשר רכיבי TTL.
