ความแตกต่างระหว่าง CMOS และ TTL

2024 ผู้เขียน: Alex Aldridge | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 13:51

CMOS กับ TTL

ด้วยการถือกำเนิดของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ วงจรรวมจึงได้รับการพัฒนา และพวกเขาได้พบหนทางสู่เทคโนโลยีทุกรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตั้งแต่การสื่อสารไปจนถึงการแพทย์ อุปกรณ์ทุกชิ้นมีวงจรรวม ซึ่งวงจรหากนำไปใช้กับส่วนประกอบทั่วไปจะใช้พื้นที่และพลังงานขนาดใหญ่ ถูกสร้างขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนขนาดเล็กโดยใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงที่มีอยู่ในปัจจุบัน

วงจรรวมดิจิทัลทั้งหมดถูกใช้งานโดยใช้ลอจิกเกตเป็นส่วนประกอบพื้นฐาน ประตูแต่ละบานสร้างขึ้นโดยใช้องค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก เช่น ทรานซิสเตอร์ ไดโอด และตัวต้านทานชุดของลอจิกเกตที่สร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์และตัวต้านทานแบบคู่เรียกว่าตระกูลเกท TTL เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องของประตู TTL วิธีการขั้นสูงทางเทคโนโลยีจึงได้รับการออกแบบสำหรับการสร้างเกท เช่น pMOS, nMOS และ CMOS หรือ CMOS ของเซมิคอนดักเตอร์เสริมโลหะออกไซด์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด

ในวงจรรวม ประตูถูกสร้างขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน เทคนิคที่เรียกว่าเป็นพื้นผิว ด้วยเทคโนโลยีที่ใช้สำหรับการสร้างเกต ไอซียังถูกจัดประเภทเป็นตระกูล TTL และ CMOS เนื่องจากคุณสมบัติโดยธรรมชาติของการออกแบบเกทพื้นฐาน เช่น ระดับแรงดันสัญญาณ การใช้พลังงาน เวลาตอบสนอง และขนาดของการรวม

เพิ่มเติมเกี่ยวกับ TTL

James L. Buie แห่ง TRW ได้คิดค้น TTL ขึ้นในปี 1961 และมันใช้แทนตรรกะ DL และ RTL และเป็นตัวเลือกของ IC สำหรับเครื่องมือวัดและวงจรคอมพิวเตอร์มาเป็นเวลานาน วิธีการรวม TTL มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและยังคงใช้แพ็คเกจที่ทันสมัยในแอปพลิเคชันพิเศษ

ลอจิกเกต TTL สร้างขึ้นจากทรานซิสเตอร์และตัวต้านทานแบบแยกสองขั้วเพื่อสร้างเกท NAND อินพุตต่ำ (I_L) และอินพุตสูง (I_H) มีช่วงแรงดันไฟฟ้า 0 < I_L < 0.8 และ 2.2 < I_H < 5.0 ตามลำดับ ช่วงแรงดันเอาต์พุตต่ำและเอาต์พุตสูงคือ 0 < O_L < 0.4 และ 2.6 < O_{H < 5.0 ในลำดับ แรงดันไฟขาเข้าและขาออกที่ยอมรับได้ของเกต TTL จะขึ้นอยู่กับระเบียบวินัยแบบสถิตเพื่อสร้างภูมิคุ้มกันเสียงในระดับที่สูงขึ้นในการส่งสัญญาณ}

โดยเฉลี่ยเกท TTL มีการกระจายพลังงาน 10mW และความล่าช้าในการแพร่กระจายที่ 10nS เมื่อขับโหลด 15pF/400 โอห์ม แต่การใช้พลังงานค่อนข้างคงที่เมื่อเทียบกับ CMOS TTL ยังมีความต้านทานสูงต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

TTL หลายรุ่นได้รับการพัฒนาเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ เช่น แพ็คเกจ TTL ที่ชุบแข็งด้วยรังสีสำหรับการใช้งานในอวกาศ และ Schottky TTL (LS) พลังงานต่ำที่ให้การผสมผสานที่ดีของความเร็ว (9.5ns) และการใช้พลังงานที่ลดลง (2mW)

เพิ่มเติมเกี่ยวกับ CMOS

ในปี 1963 Frank Wanlass จาก Fairchild Semiconductor ได้คิดค้นเทคโนโลยี CMOS อย่างไรก็ตาม วงจรรวม CMOS ตัวแรกไม่ได้ผลิตขึ้นจนถึงปี 1968 Frank Wanlass จดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์นี้ในปี 1967 ขณะทำงานที่ RCA ในขณะนั้น

ตระกูลลอจิก CMOS ได้กลายเป็นตระกูลลอจิกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ เช่น ใช้พลังงานน้อยลงและเสียงรบกวนต่ำระหว่างระดับการส่งสัญญาณ ไมโครโปรเซสเซอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ และวงจรรวมทั่วไปทั้งหมดใช้เทคโนโลยี CMOS

CMOS ลอจิกเกตถูกสร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม FET และวงจรส่วนใหญ่ไม่มีตัวต้านทาน เป็นผลให้ประตู CMOS ไม่ใช้พลังงานใด ๆ เลยในระหว่างสถานะคงที่โดยที่สัญญาณเข้ายังคงไม่เปลี่ยนแปลง อินพุตต่ำ (I_L) และอินพุตสูง (I_H) มีช่วงแรงดันไฟฟ้า 0 < I_L < 1.5 และ 3.5 < I_H < 5.0 และช่วงแรงดันเอาต์พุตต่ำและเอาต์พุตสูงคือ 0 < O_L < 05 และ 4.95 < O_{H < 5.0 ตามลำดับ}

CMOS และ TTL ต่างกันอย่างไร

• ส่วนประกอบ TTL ค่อนข้างถูกกว่าส่วนประกอบ CMOS ที่เทียบเท่ากัน อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยี CMOs มีแนวโน้มที่จะประหยัดในระดับที่ใหญ่กว่า เนื่องจากส่วนประกอบวงจรมีขนาดเล็กกว่าและต้องการการควบคุมน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับส่วนประกอบ TTL

• ส่วนประกอบ CMOS ไม่กินไฟระหว่างสถานะคงที่ แต่การใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นตามอัตรานาฬิกา ในทางกลับกัน TTL มีระดับการใช้พลังงานคงที่

• เนื่องจาก CMOS มีความต้องการกระแสไฟต่ำ การใช้พลังงานจึงมีจำกัด และวงจรจึงถูกกว่าและง่ายต่อการออกแบบสำหรับการจัดการพลังงาน

• เนื่องจากเวลาขึ้นและลงที่นานขึ้น สัญญาณดิจิทัลในสภาพแวดล้อม CMO อาจมีราคาไม่แพงและซับซ้อน

• ส่วนประกอบ CMOS มีความไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้ามากกว่าส่วนประกอบ TTL