So sánh giữa CMOS và TTL Logic : Có thể ngạc nhiên khi biết rằng ‘bóng bán dẫn hiệu ứng trường’ đã có trước việc tạo ra bóng bán dẫn lưỡng cực ít nhất hai mươi năm. Tuy nhiên, bóng bán dẫn lưỡng cực nhanh hơn được bắt kịp thương mại, với chip đầu tiên làm bằng bóng bán dẫn lưỡng cực xuất hiện vào những năm 1960, với công nghệ sản xuất MOSFET được hoàn thiện vào những năm 1980 và sớm vượt qua người anh em họ lưỡng cực của chúng.
Sau khi bóng bán dẫn tiếp giáp được phát minh vào năm 1947, mọi thứ bắt đầu chuyển động nhanh chóng. Đầu tiên là sự phát minh ra bóng bán dẫn lưỡng cực đầu tiên vào năm sau. Sau đó vào năm 1958, Jack Kilby đã đưa ra mạch tích hợp đầu tiên đặt nhiều bóng bán dẫn trên cùng một khuôn. Mười một năm sau, Apollo 11 hạ cánh trên Mặt trăng nhờ Máy tính hướng dẫn Apollo mang tính cách mạng, đây là máy tính nhúng đầu tiên trên thế giới. Nó được tạo ra bằng cách sử dụng các IC cổng NOR ba đầu vào kép nguyên thủy, chỉ bao gồm 3 bóng bán dẫn trên mỗi cổng.
Điều này đã tạo ra loạt chip logic TTL (Transistor-Transistor Logic) phổ biến, được xây dựng bằng cách sử dụng các bóng bán dẫn lưỡng cực. Những con chip này chạy nguồn 5V và có thể chạy ở tốc độ lên đến 25MHz.
Những điều này sớm nhường chỗ cho logic bóng bán dẫn kẹp Schottky, bổ sung một diode Schottky trên đế và bộ thu để ngăn chặn bão hòa, làm giảm đáng kể điện tích lưu trữ và giảm thời gian chuyển mạch, do đó làm giảm độ trễ lan truyền do phí lưu trữ gây ra.
Một loạt logic dựa trên bóng bán dẫn lưỡng cực khác là chuỗi ECL (Emitter Coupled Logic) chạy trên điện áp âm, về cơ bản hoạt động ‘ngược’ so với các TTL tiêu chuẩn của chúng, ECL có thể chạy tới 500MHz.
Khoảng thời gian này lôgic CMOS (Chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung) đã được giới thiệu. Nó sử dụng cả thiết bị kênh N và kênh P, do đó có tên bổ sung.
So sánh giữa CMOS và TTL : Ưu điểm và nhược điểm
Đầu tiên và được nói đến nhiều nhất là tiêu thụ điện năng – TTL tiêu thụ nhiều điện năng hơn CMOS.
Điều này đúng theo nghĩa đầu vào TTL chỉ là cơ sở của bóng bán dẫn lưỡng cực, cần một dòng điện để bật nó lên. Độ lớn của dòng điện đầu vào phụ thuộc vào mạch điện bên trong, chìm lên đến 1,6mA. Điều này trở thành một vấn đề khi nhiều đầu vào TTL được kết nối với một đầu ra TTL, thường chỉ là một điện trở kéo lên hoặc một bóng bán dẫn phía cao được điều khiển khá kém.
Mặt khác, bóng bán dẫn CMOS là hiệu ứng trường, nói cách khác, sự hiện diện của điện trường ở cổng là đủ để ảnh hưởng đến kênh bán dẫn dẫn. Theo lý thuyết, không có dòng điện nào được rút ra, ngoại trừ dòng điện rò rỉ nhỏ của cổng, thường theo thứ tự pico- hoặc nanoamp. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là mức tiêu thụ dòng điện thấp cũng đúng ngay cả đối với tốc độ cao hơn. Đầu vào của chip CMOS có một số điện dung, và do đó thời gian tăng hữu hạn. Để đảm bảo thời gian tăng nhanh ở tần số cao, cần một dòng điện lớn, có thể theo thứ tự vài ampe ở tần số MHz hoặc GHz. Dòng điện này chỉ được tiêu thụ khi đầu vào phải thay đổi trạng thái, không giống như TTL trong đó dòng điện phân cực phải có mặt với tín hiệu.
Khi nói đến đầu ra, CMOS và TTL có những ưu và nhược điểm riêng. Đầu ra TTL là cực totem hoặc cực kéo. Với cực totem, đầu ra chỉ có thể xoay trong vòng 0,5V so với đường điện áp chính. Tuy nhiên, dòng đầu ra cao hơn nhiều so với các CMOS của chúng. Trong khi đó, đầu ra CMOS, có thể được so sánh với điện trở được điều khiển bằng điện áp, có thể xuất ra trong phạm vi milivôn của đường điện áp cung cấp tùy thuộc vào tải. Tuy nhiên, dòng điện đầu ra bị hạn chế, thường chỉ đủ để điều khiển một vài đèn LED.
Nhờ các yêu cầu dòng nhỏ hơn của chúng, logic CMOS rất tốt để thu nhỏ, với hàng triệu bóng bán dẫn có thể được đóng gói trong một khu vực nhỏ mà yêu cầu dòng không cao.
Một lợi thế quan trọng khác mà TTL có so với CMOS là độ chắc chắn của nó . Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường phụ thuộc vào một lớp oxit silic mỏng giữa G và D để tạo ra sự cách ly giữa chúng. Lớp oxit này dày nanomet và có điện áp đánh thủng rất nhỏ, hiếm khi vượt quá 20V ngay cả trong các FET công suất cao. Điều này làm cho CMOS rất dễ bị phóng điện và quá áp. Nếu các đầu vào được thả nổi, chúng từ từ tích tụ điện tích và gây ra các thay đổi trạng thái đầu ra giả, đó là lý do tại sao các đầu vào CMOS thường được kéo lên, xuống hoặc nối đất. TTL hầu hết không mắc phải vấn đề này vì đầu vào là cực B bóng bán dẫn, hoạt động giống như một diode hơn và ít nhạy cảm với nhiễu hơn vì trở kháng của nó thấp hơn. Đó là tất cả Sự khác biệt giữa CMOS và TTL.
TTL HAY CMOS? Cái nào tốt hơn?
Logic CMOS đã thay thế TTL về mọi mặt. Mặc dù chip TTL vẫn có sẵn, nhưng không có lợi thế thực sự trong việc sử dụng chúng.
Tuy nhiên, các mức đầu vào TTL được tiêu chuẩn hóa một chút và nhiều đầu vào logic vẫn cho biết ‘tương thích TTL’, vì vậy việc CMOS điều khiển giai đoạn đầu ra TTL để tương thích không phải là hiếm. Nhìn chung CMOS là người chiến thắng rõ ràng khi nói đến tiện ích.
Họ logic TTL sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực để thực hiện các chức năng logic và CMOS sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường . CMOS thường tiêu thụ ít điện năng hơn nhiều, mặc dù nhạy hơn TTL. CMOS và TTL không thực sự có thể hoán đổi cho nhau, và với sự sẵn có của chip CMOS công suất thấp, việc sử dụng TTL trong các thiết kế hiện đại là rất hiếm.