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FAMILIA TTL
Lógica transistor-transistor (em inglês, Transistor-Transistor Logic ou simplesmente TTL ) é uma classe de circuitos digitais montados a partir de transistores de junção bipolar (BJT) e resistores. Ela é chamada de lógica transistor-transistor porque ambas as funções de porta lógica(AND, por exemplo) e de amplificação são realizadas por transistores (em contraste com a lógica Resistor-Transistor (RTL) e a lógica Diodo-Transistor (DTL). TTL é notável por ser uma família difundida de circuitos integrados (CI) usada em muitas aplicações como computadores, controle industrial, teste de equipamentos e instrumentos, eletrônica de consumidor, sintetizadores, etc. A característica mais importante desta família está no fato de que ela é alimentada com uma tensão de 5 Volts. Assim, para os componentes desta família o nível lógico 0 é sempre a ausência de tensão ou 0 V enquanto que o nível lógico 1 é sempre uma tensão de +5 V.
Os níveis lógicos para serem reconhecidos devem estar dentro de faixas bem definidas. Como visto na figura, existe uma faixa de tensão de entrada na qual o componente TTL não reconhece os níveis lógicos 0 e 1, devendo, portanto, ser evitada em projetos de circuitos digitais. Onde: VNL = margem de ruído ou imunidade a ruído na entrada de um circuito lógico para nível lógico 0 (Voltage Noise Low). VNH = margem de ruído ou imunidade a ruído na entrada de um circuito lógico para nível lógico 1 (Voltage Noise High). VIL = tensão necessária na entrada do circuito para nível lógico 0 (Voltage Input Low). VIH = tensão necessária na entrada do circuito para nível lógico 1 (Voltage Input High). VOL = tensão na saída do circuito para nível lógico 0 (Voltage Output Low). VOH = tensão na saída do circuito para nível lógico 1 (Voltage Output High). Para determinar o VNL e VNH é: No nível lógico 1: VNH = VOH(mínimo) – VIH(mínimo) No nível lógico 0: VNL = VIL(máximo) – VOL(máximo) Os níveis de entrada e saída para a versão padrão TTL Standard:
TTL Schottky avançada de baixa potência
74ALS 74ALS04 1,2 4
Família TTL Padrão (Standard) (54/74): introduzida em 1964 pela Texas Instruments, foi o primeiro ramo da família bipolar a surgir cuja porta dissipa 10mW e tempo de atraso de 10ns. Família TTL Baixa Potência(Low Power) (54L/74L): o circuito é o mesmo da série padrão, com exceção do valor de seus resistores serem 10 vezes maior reduzindo a demanda de potência para 1mW por porta, Porém a redução de potência provoca um aumento no tempo de retardo o qual atinge a ordem de 33ns. Família TTL de alta velocidade (54H/74H): Utiliza transistores Schottky, os quais drenam o excesso de corrente de base, tornando o tempo de comutação mais rápido, tempo de retardo em torno de 3 ns. Os resistores utilizados possuem valores menores do que os da família TTL padrão provocando um maior consumo de potência, 20mW. A série 54S/74S opera com o dobro da velocidade da 54H/74H, consumindo a mesma potência, tornando assim a série 54H/74H obsoleta. Família TTL Schottky de Baixa Potência (54LS/74LS): Nessa família conseguiu-se atingir reduções em potência cerca de 5 vezes menos do que a família padrão TTL devido à utilização de diodos Schottky os quais reduzem a perda de tempo provocada pelos transistores saturados. Consome uma potência muito menor comparada à família padrão TTL, em torno de 2mW e um tempo de retardo de 10 ns Família TTL Schottky de Baixa Potência Avançada (54ALS/74ALS): Essa família fornece o dobro de velocidade, consumindo metade da potência quando comparada à família LS. Isso é conseguido devido à modernos processos de fabricação onde os componentes são construídos em pequenas dimensões podendo obter cicuitos mais densos e mais complexos. Sua dissipação de potência típica é em torno de 1mW e seu tempo de retar do de 4ns.
Família TTL Schottky Avançada (54AS/74AS): é mais rápida do que a família ALS. Possui na saída uma estrutura de circuitos denominada Miller Killer Network, a qual melhora o tempo de subida e reduz a potência consumida. A dissipação de potência típica é em torno de 7mW e o tempo de retardo de 1,5ms. Família TTL Fast (54F/74F): é a mais moderna, fornecendo velocidades próximas da família AS, porém consumindo uma potência menor, 2ns e 5mW, respectivamente. Isso é obtido devido à sua configuração diferente dos padrões típicos TTL, onde suas entradas apresentam três alternativas diferentes: com diodos, lembrando a família DTL, com transistores PNP e com transistores NPN. Apresenta um fan-out elevado Características das séries TTL:
Ao contrário da família TTL, que é produzida com as mesmas características elétricas por todos os fabricantes, a CMOS, embora padronizada na nomenclatura e pinagem, apresenta grandes variações na capacidade de saída e velocidade de operação de um fabricante para outro. Algumas vezes até as funções são diferentes e incompatíveis. Séries TTL Prefixo Hex NOT Potência Dissipada por porta Tempo de Atraso (ns) CMOS metal- gate 40 ou 140 4069 1 μW 50 CMOS metal- gate :pinagem compatível c/ TTL (C) 74C 74C04 10 μW 60 CMOS silicon- gate de alta velocidade pinagem compatível c/ TTL(HC) 74HC 74HC04 2 ,5μW 8 CMOS silicon- gate de alta velocidade elétricamente compatível c/ TTL(HCT) 74HCT 74HCT04 1,25μW 11 CMOS silicon- gate de alta velocidade avançado pinagem compatível c/ TTL Advanced 74AHC 74AHC04 0,5μW 5,
High-Speed (HVC) CMOS avançada(AC) 74AC 74AC04 0,5μW 5 CMOS avançada compatível com TTL(ACT) 74ACT 74ACT04 0,5μW 5 CMOS LV Low- Voltage(LV)
74LV 74LV04 20 13
CMOS LVC-
(Low-Voltage CMOS)(LVC)
74LVC 74LVC04 20 6,
CMOS Advanced Very-Low- Voltage(ALVC)
74ALVC 74ALV04 40 2
CMOS Advanced Ultra-Low-Voltage (AUC)
74AUC 74AUC04 10 3,
CMOS-Advanced Ultra-Low-Power (AUP)
74AUP1 74AUP1G04 0,9 3,
CMOS_Advanced Very-Low-Voltage (AVC) 74AVC Não tem 0, 04 1, Família CMOS série CD4000: Foi a primeira série CMOS lançada. Inicialmente lançada como série 4000A e sucedida pela série 4000B a qual suportava correntes mais altas do que a 4000A. Da família CMOS é a série que fornece a maior tensão de alimentação, até 20V e também a que tem o maior número de funções disponível. Família CMOS série 74C : é compatível pino a pino e função com dispositivos TTL, isso possibilita a substituição de circuito TTL por seu equivalente em CMOS. Possui o desempenho semelhante à série 4000. Família CMOS série 74HC: é uma versão melhorada da série 74C, a qual suporta correntes mais altas na saída e possui um tempo de atraso dez vezes menor que a série 74C, sua velocidade é comparável a dos dispositivos TTL 74LS.
10.2.12 Família CMOS série AUP: é a família lógica de potência mais baixa aumentando o tempo de vida da bateria em 73% para Vcc de 3V. Dispositivos de baixa potência podem consumir uma significante quantidade de potência em aplicações portáteis. Dispositivos AUP fornecem projetos com capacidade de consumir 91% menos de potência do que a indústria padrão de tecnologia de baixa voltagem. Fornecem um atraso de propagação de 2,0ns em 3V(3ns para 1,8V) 10.2.13 Família CMOS série AVC : foi a primeira família lógica a obter atraso de propagação menos que 2ns para 2,5V. Apresenta os menores tempos de propagação para 1,8V(3,2ns), 2,5V(1,9ns) e 3,3V(1,7ns). Isso possibilita um desempenho mais rápido enquanto fornece um baixo ruído. Foi projetada para as próximas gerações de PC e estações de trabalho. 10.2.14 Família CMOS série FCT : foi projetada para altas correntes (dezenas de mA) em aplicações de interface de bus. Esses produtos são otimizados para operar em 5V e são compatíveis função/pino com as famílias CMOS. Fonte de Alimentação: CIs CMOS apresentam uma larga faixa de tensão de alimentação. Alguns CIs podem operar em uma grande faixa de valores (de 5v a 18V, ou de 3V a 15V), e outros, que trabalham com baixa tensão podem operar numa faixa entre 1V a 3,6V. Projetos mais atuais utilizam 3,3V ou menos. Uma tensão de alimentação pequena é interessante, pois o consumo de potência é menor e conseqüentemente o aquecimento também é menor.. Além disso, este nível de alimentação possibilita o projeto de sistemas alimentados com bateria. Atraso de propagação: Nas séries mais comuns, o tempo de atraso de propagação médio é da ordem de dezenas de ns, constituindo-se em uma grande desvantagem. O problema foi superado com o aparecimento das versões apropriadas para uso em alta velocidade (HC/HCT), com parâmetros compatíveis com os das versões TTL para a mesma finalidade. Podendo-se chegar a um atraso de propagação da ordem de 0,1ns ou menos. Circuitos mais complexos possuem um atraso de propagação da ordem de vários nanossegundos.
Comparação entre TTL e CMOS: Vantagens da família CMOS sobre os componentes TTL:
- Baixo consumo
- Fan-out maior
- Ampla faixa de alimentação, não necessitando de regulagem precisa na fonte como no caso da família TTL.
- Maior imunidade ao ruído
- Densidade maior por componente Desvantagens da família CMOS sobre os componentes TTL:
- Elevado tempo de atraso
- Custos mais altos
- Menor disponibilidade de alternativas funcionais.
