Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

В ТТЛ схемах для реализации логического элемента "2И" вместо параллельного соединения диодов используется многоэмиттерный транзистор. Физика работы этого логического элемента не отличается от работы диодного логического элемента "2И". Высокий потенциал на выходе многоэмиттерного транзистора получается только в том случае, когда на обоих входах логического элемента (эмиттерах транзистора) присутствует высокий потенциал (то есть нет эмиттерного тока). Принципиальная схема базового логического элемента ТТЛ микросхемы приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема базового логичиского элемента ТТЛ микросхемы

Умощняющий усилитель, как и в диодно-транзисторном элементе, инвертирует сигнал на выходе схемы логического элемента. По такой схеме выполнены базовые логические элементы ТТЛ микросхем серий 155, 131, 155 и 531. Схемы "И-НЕ" в этих сериях микросхем обычно имеет обозначение ЛА. Например, схема К531ЛА3 содержит в одном корпусе четыре логических элемента "2И-НЕ". Таблица истинности, реализуемая этой схемой, приведена в таблице 1, а условно-графическое обозначение этих логических элементов приведено на рисунке 2.

Рисунок 2. Условно-графическое обозначение логического элемента "2И-НЕ"

Таблица 1. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ"

На основе базового логического элемента строится и инвертор. В этом случае на входе схемы используется только один диод. Схема ТТЛ инвертора приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. 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 8, а выходной каскад используется один. В результате быстродействие такого, достаточно сложного элемента, получается точно таким же, как и у одиночного логического элемента "2И-НЕ". Принципиальная схема логического элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Принципиальная схема ТТЛ микросхемы "2И-2ИЛИ-НЕ"

Такие соединения логических элементов широко применяется при реализации цифровых микросхем по произвольной таблице истинности методом СДНФ, а условно-графическое обозначение элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" приведено на рисунке 5. Такие логические элементы содержатся в отечественных цифровых микросхемах с обозначением ЛР.

Рисунок 5. Условно-графическое обозначение логического элемента "2И-2ИЛИ-НЕ" ТТЛ микросхем

Схемы "ИЛИ-НЕ" в отечественных ТТЛ сериях микросхем средней интеграции имеет обозначение ЛЕ. Например микросхема К1531ЛЕ5 содержит в одном корпусе четыре элемента "2ИЛИ-НЕ". Следует отметить, что в современных микросхемах малой логики стараются в одном корпусе разместить один, в крайнем случае два логических элемента.

Так как в современных 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 этих микросхем. Тем самым подчеркивается отличие этих микросхем от старых ДТЛ серий микросхем с повышенным напряжением питания. Более того! ПоявилисьКМОП микросхемы, совместимые с ТТЛ микросхемами по логическим уровням, например К1564 (иностранный аналог SN74HCT) или К1594 (иностранный аналог SN74АСT).

В области биполярных логических схем в настоящее время ведущее положение занимают два семейства Шоттки/ТТЛ интегральных схем. Маломощные Шоттки/ТТЛ ИС превосходят обычные ТТЛ-схемы по произведению мощность*задержка, однако в ряде случаев их быстродействие оказывается недостаточно высоким. Стандартные Шоттки/ТТЛ ИС обладают более высоким быстродействием, но созданию на их основе схем с высокой плотностью упаковки препятствует большая потребляемая ими мощность. Специалисты компании Fairchildразработали технологию усовершенствованных Шоттки/ТТЛ ИС (серия FAST²{FAST — Fairchild's Advanced Schottky TTL.}), предназначенных для замены схем обоих этих семейств. Приборы серии FAST превосходят по быстродействию стандартные Шоттки/ТТЛ ИС и вместе с тем потребляют вчетверо меньшую мощность, позволяя повысить уровень сложности выполняемых на их основе устройств.

Первые девять ИС серии FAST — это полные функциональные эквиваленты стандартных Шоттки/ТТЛ-вентилей И, НЕ-И, ИЛИ и НЕ-ИЛИ, идентичные им и по разводке выводов корпусов. Следующие 10 ИС будут представлять собой устройства выборки/мультиплексоры данных 74S151, -152, -157 и -158 и их модификации с выходными каскадами на три состояния 74S251, -252, -257 и -258. Оставшиеся две схемы — это сдвоенный четырехвходовый мультиплексор 74S352 и его модификация с выходным каскадом на три состояния 74S353.

Разработку подобного семейства быстродействующих маломощных ТТЛ-схем следует начинать с тщательного анализа факторов, определяющих предельные возможности обычных схем. Этот анализ можно выполнить, исследовав роль и влияние каждого из транзисторов схемы на ее характеристики. На рис.1, а показан современный вариант двухвходового вентиля НЕ-И, выполненного по технологии маломощных Шоттки/ТТЛ-схем. Полную задержку такой схемы можно рассчитать с помощью анализа заря-доуправляемых эффектов, который позволяет связать характеристики транзистора с величинами накопленных зарядов и емкостями областей пространственного заряда.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: