3.2 Транзисторно-транзисторная логика (ттл)
В ТТЛ-схемах для реализации логического элемента "И" вместо параллельного соединения диодов используется многоэмиттерный транзистор. Физика работы этого элемента не отличается от работы диодного элемента "2И".
Высокий потенциал на коллекторе многоэмиттерного транзистора получается только в том случае, когда на обоих входах логического элемента (эмиттерах транзистора) присутствует высокий потенциал (то есть нет коллекторного тока). Принципиальная схема типового элемента ТТЛ микросхемы приведена на рисунке 3.9.
Рисунок 3.9 – Принципиальная схема типового элемента ТТЛ микросхемы
Умощняющий усилитель, как и в диодно-транзисторном элементе, инвертирует сигнал на выходе схемы. По такой схеме выполнены базовые элементы микросхем серий 155, 131, 155 и 531. Схемы "И‑НЕ" в этих сериях микросхем обычно имеет обозначение ЛА. Например, микросхема К531ЛА3 содержит в одном корпусе четыре элемента "2И‑НЕ".
На основе базового элемента строятся и инверторы. В этом случае на входе логического элемента используется обычный одноэмиттерный транзистор. Схема инвертора, выполненного по ТТЛ технологии, приведена на рисунке 3.10.
Рисунок 3.10 – Принципиальная схема инвертора ТТЛ микросхемы
При необходимости объединения нескольких логических элементов "И" по схеме "ИЛИ" (или при реализации логических элементов "ИЛИ") транзисторы VT2 соединяются параллельно в точках "а" и "б", показанных на рисунке 3.9. Выходной каскад при этом, как и в ДТЛ элементах, используется один. В результате быстродействие такого элемента, выполняющего достаточно сложную логическую функцию, получается точно таким же, как и у одиночного инвертора.
Как будет показано в следующих главах это очень удобный и распространённый логический элемент. Принципиальная схема логического элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" приведена на рисунке 3.11.
Рисунок 3.11 – Принципиальная схема ТТЛ микросхемы "2И-2ИЛИ-НЕ"
Использование таких логических элементов будет показано позднее, а условно-графическое изображение элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" приведено на рисунке 3.12. Подобные логические элементы содержатся в цифровых микросхемах, в обозначении которых содержатся буквы ЛР.
Рисунок 3.12 – Условно-графическое обозначение элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" ТТЛ микросхем
Схемы "ИЛИ-НЕ" в ТТЛ сериях микросхем, как и в ДТЛ сериях, обозначаются буквами ЛЕ. Например, микросхема К1531ЛЕ5 содержит в одном корпусе четыре элемента "2ИЛИ‑НЕ".
Так как и в схемах ТТЛ и в схемах ДТЛ используется одинаковый выходной усилитель, то и уровни логических сигналов в этих схемах одинаковы. Поэтому часто говорят, что это ТТЛ микросхемы, не уточняя по какой схеме выполнен входной каскад рассматриваемых микросхем.
Появились КМОП микросхемы, совместимые с ТТЛ микросхемами по логическим уровням, например серии микросхем К1564 (зарубежный аналог SN74HCT) или К1594 (зарубежный аналог SN74АСT).
Логические уровни ТТЛ микросхем.
В настоящее время применяются два вида ТТЛ микросхем – с пяти-вольтовым и с трёх-вольтовым питанием, но, независимо от напряжения питания микросхем, логические уровни нуля и единицы на выходе этих микросхем совпадают. Поэтому дополнительного согласования между такими ТТЛ микросхемами обычно не требуется.
Мы помним, что логические уровни на выходе цифровых микросхем не обязательно равны напряжению питанию или потенциалу общего провода. Конкретное значение напряжения зависит от многих факторов. Допустимые уровни напряжения на выходе цифровой ТТЛ микросхемы показаны на рисунке 3.13.
Рисунок 3.13 – Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ микросхем
Как уже говорилось ранее, разброс напряжений на входе цифровой микросхемы по сравнению с разбросом напряжений на её выходе обычно допускается в больших пределах. Границы уровней напряжения логического нуля и единицы для ТТЛ микросхем приведены на рисунке 3.14.
Рисунок 3.14 – Уровни логических сигналов на входе цифровых ТТЛ микросхем
Пороговое напряжение для ТТЛ микросхем, заявляемое рядом производителей микросхем, составляет 1,5В.
Семейства ТТЛ микросхем.
Первые ТТЛ микросхемы оказались на редкость удачным решением, поэтому их можно встретить в аппаратуре, работающей до сих пор. В качестве примера можно назвать семейство отечественных микросхем серии К155.
Стандартные ТТЛ микросхемы – это микросхемы, питающиеся от источника напряжения +5В. Зарубежные ТТЛ микросхемы получили название SN74. Конкретные микросхемы этой серии обозначаются цифровым номером микросхемы, следующим за названием серии. Например, в микросхеме SN74S00 содержится четыре логических элемента "2И-НЕ" (отечественный аналог К555ЛА3).
Аналогичные микросхемы с расширенным температурным диапазоном получили название SN54 (отечественный вариант подобных микросхем – это серия микросхем К133).
Отечественные микросхемы, совместимые с семейством микросхем SN74 выпускались в составе серий К134 (низкое быстродействие и низкое энергопотребление – SN74L), К155 (среднее быстродействие и среднее энергопотребление – SN74) и К131 (высокое быстродействие и большое энергопотребление).
Затем были разработаны микросхемы повышенного быстродействия с диодами Шоттки. В названии зарубежных микросхем в обозначении серии появилась буква S. В отечественных сериях микросхем цифра 1 была заменена на цифру 5. В настоящее время выпускаются микросхемы серий К555 (SN74LS) - среднее быстродействие и низкое энергопотребление и серии микросхем и К531 (SN74S) - высокое быстродействие и большое энергопотребление.
В настоящее время промышленность выпускает цифровые микросхемы с улучшенными параметрами, серии: К1533 (низкое быстродействие, низкое потребление — зарубежный аналог SN74ALS) и К1531 (высокое быстродействие и большое потребление — зарубежный аналог SN74F).
В настоящее время производится трехвольтовый вариант ТТЛ совместимых микросхем – серия 1554 (зарубежный аналог – SN74ALB), выполненных по совмещенной биполярно-КМОП (Bi‑CMOS) технологии, сочетающей преимущества этих технологий.