2.3. Сравнительный анализ имс семейства ттл различных серий

Итак, наибольшее распространение в схемах промышленной автоматики и ВТ, в т.ч. в СУ ПР, нашло семейство ТТЛ – транзисторно-транзисторной логики, известное студентам из курса ЭУР. Первое поколение семейства представлено сериями КР134 (134), К155 (133), К131 (130). Из табл. 6 видно, что серия КР134 обеспечивает минимум потребляемой мощности, серия К131 – максимальное быстродействие, а серия КП155 имеет средние значения обоих этих параметров. Прототипом этих серий являются соответственно SN 74L (Low power), SN 74 и SN 74Н (High speed) американской компании "Texas Instruments" (аналоги военного назначения SN 54L, SN 54, SN 54H).

Второе поколение семейства представлено структурами ТТЛ и ДТЛ с диодами Шоттки ² серий КР 531 (530), К 555 (533). Их прототипами являются серии SN 74S (SN 54S) и

Таблица 5

Основные характеристики технологий производства БИС

Характеристика	p-МОП	n-МОП	КМОП	ТТЛ	ТТЛШ	И2Л	И3Л	ЭСЛ
Плотность упаковки элементов, шт/мм2	100-200	200-300	50-150	10-20	20-40	100-200	200-400	15-20
Число диффузий и ионного легирования	2	3	4	4	5-7	3-4	4-5	4-5
Число масок	5	6	7	7	6-8	5-7	5-7	8-9
Типовое напряжение питания, В	-24; -12; 0	+12; +5	+5(+9); 0	+5; 0	+5; 0	+1,2; 0	+1,2(+5); 0	-5,2; -2,6; 0
Логический размах сигнала, В	5-9	2,0-3,4	2,4-4,0	2,0-3,4	2,0-3,4	0,2-0,8	0,2-0,8	От 0,8 до-1,7
Мощность Pст, мВт	2-3	0,2-0,5	0,001	5-15	1-3	0,2	0,1	5-15
Время tзд. р, нс	100	20-100	10-50	5-10	2-5	20-25	3-10	0,2-1
Энергия Qп, пДж	200-300	8-50	0,01-0,05	30-150	10-60	0,2-1,5	0,05-0,3	20-100
Предельная частота Fmax, МГц	2	2-10	4-20	20-40	40-100	8-10	20-60	200-1000

Таблица 6

Технология	Серия	Uпд, В	Fmax, МГц	tзд. р, нс	Pст, мВт	Qп, пДж
ЭСЛ	К500	0,1	60	2,2	34	100
	К1500	0,1	120	1,4	16	22
И3Л	К583	0,2	60	3	0,01	0,03
КМОП	К176	0,9	1	200	0,001	0,2
	К561	2,5	1	50	0,0004	0,02
	К1561	2,5	3	30	<10-6	<3*10-5
	К1564	1,5	20	10	<10-6	<10-5
ВПЛ	К511	1,5	0,3	200	50	104
ТТЛ	К134	0,4	3	33	2	66
	К155	0,4	10	10	10	100
	К131	0,4	30	6	30	180
ТТЛШ	К555	0,5	15	9,5	2	19
	К531	0,5	50	3	19	57
	К1533	0,5	100	4	1	4
	К1531	0,5	5000	3	3	9
	К1530	0,5	50	16	1	16

SN 74LS (SN 54LS), где последняя S – первая буква фамилии Schottky. Эти схемы отличаются от ТТЛ наличием диодов Шоттки в цепях база-коллектор, что исключает насыщение транзистора, а также наличием демпфирующих диодов Шоттки на входах (редко на выходах) для подавления импульсных помех, образующихся из-за отражений в длинных линиях связи (длинной считается линия, время распространения сигнала в которой больше длительности его фронта, для самых быстрых ТТЛШ микросхем линия становится длинной начиная с длины в несколько сантиметров). Из таблицы видно, что параметры этих МС выше, чем параметры микросхем первого поколения. Тем не менее серии КР 531 и 530 считаются устаревшими. Упрощенные схемы логических элементов этих поколений будут приведены ниже – на рис. 6 (слева).

Третье поколение семейства представлено т.н. "продвинутыми" (advanced), т.е. более совершенными технологически сериями КР1533, 1533, 1530, КР1531, 1531. Их прототипы – SN74ALS, SN54ALS, SN74F, SN54F (последние – разработка фирмы Fairchild). Подробнее об истории создания этих серий можно узнать в Интернете.

Несмотря на преобладание семейства ТТЛ, следует обратить внимание на наличие улучшенных ИМС семейства КМОП /15/ и появление Би‑КМОП-схем, которые объединяют преимущества канальных и биполярных структур – малую потребляемую мощность в статике с высоким быстродействием и значительной нагрузочной способностью. К тому же это позволяет избежать существенного недостатка схем на КМОП-элементах — больших сквозных токов в момент переключения из нулевого состояния в единичное.