Transistor-transistorlogica

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Een veelgebruikt TTL-IC

Transistor-transistorlogica of TTL is een standaard voor digitale logica.

TTL werkt met geïntegreerde schakelingen waarvan het typenummer meestal begint met 74. Er bestaan ook TTL-chips in een militaire kwaliteit. Deze hebben zwaardere specificaties (waaronder een groter bedrijfstemperatuurgebied) en zijn herkenbaar met het typenummer beginnende met 54.

TTL-chips gebruiken een voedingsspanning van 5 V. Ze hebben verder een aantal digitale in- en uitgangen waardoor ze met elkaar gekoppeld kunnen worden. Een uitgang kan een hoog (logische 1) of laag (logische 0) spanningsniveau aannemen. Laag is maximaal 0,4 V. Hoog is minstens 2,4 V. Een ingang herkent een logische 1 bij een spanning van minstens 2,0 V en een logische 0 bij een spanning van hoogstens 0,8 V. De stroom die een uitgang kan leveren is meestal voldoende om tien ingangen te voeden. Dit heet de fan-out. TTL-chips zijn robuust. Ze sneuvelen niet gauw bij verkeerd gebruik, zoals het omkeren van de voedingspolariteit of het kortsluiten van uitgangen. Oudere minicomputers waren vaak voor een groot deel uit TTL-chips opgebouwd. In oudere personal computers gebruikte men TTL voor glue-logic die de Large Scale Integration verbond met de periferie.

TTL Varianten[bewerken]

De layout van een 74HC595 8-bit TTL schuifregister

Tegenwoordig bestaan er veel varianten met compatibele aansluitingen en functies die gebaseerd zijn op de uit bipolaire transistoren bestaande standaardtypes.De varianten worden gekenmerkt door toevoeging van hoofdletters nn zoals in 74n(n)xx(x). De voedingsspanningen en signaalniveaus zijn echter niet noodzakelijk compatibel. Nieuwe reeksen gebruiken CMOS technologie of een combinatie van bipolaire en CMOS (BiCMOS). De originele bipolaire schakelingen bezitten een hogere schakelsnelheid maar consumeren meer vermogen dan hun overeenkomstige CMOS partners uit de 4000 serie. Bipolaire componenten hebben allen een vaste voedingsspanning, typisch 5 V, terwijl de CMOS dikwijls een breder voedingsspanningbereik bezitten. TTL componenten met militaire specificaties kunnen gebruikt worden onder extreme temperatuurvariaties en zijn beschikbaar en bekend als de 5400 reeks. Texas Instruments heeft ook stralingsongevoelige TTL bouwstenen gemaakt met de prefix RSN.

De compatibele varianten van bijvoorbeeld de 7400 NAND poorten uit de 74-reeks zijn:

74L00: Laag-vermogen TTL met gering stroomverbruik bij kleine schakelsnelheden

74H00: Hoge-snelheid TTL met veel hogere schakelsnelheid bij hoger stroomverbruik zoals de standaard TTL 74HC00 met Uv=2-6 V en fmax=25 MHz en ook de ten opzichte van de 74LSxx compatibele 74HCT00 met Uv=4.,5-5,5V

74S00: Schottky TTL opgebouwd uit Schottkytransistoren met hoge schakelsnelheid bij hoger stroomverbruik

74LS00: Schottky TTL (low power Schottky) met hoge schakelsnelheid bij laag stroomverbruik

74F00: Fast-Schottky

74AS00: Advanced Schottky

Soorten uitgangen[bewerken]

Er zijn drie soorten uitgangen. In de afbeeldingen hieronder is dat aanschouwelijk gemaakt met mechanische schakelaars, maar in werkelijkheid werken ze met transistoren.

TTL Totem.svg  
TTL Open collector.svg
  TTL Tristate.svg
Totem-pole Open collector, de weerstand wordt extern aangebracht Tri-state

Totem-pole[bewerken]

Voorbeeld van een totem poleuitgang

Een totem poleuitgang is een standaard bipolaire uitgangsvorm. Deze uitgangsvorm heeft als voordeel dat er zeer snel naar een hoog of laag niveau kan geschakeld worden indien nodig. De actieve eindtrap bestaat uit twee in serie geschakelde transistoren, T1 en T2 met tussen de emittor van T1 en de collector van T2 een diode D1.

Een nadeel van de totem-pole-uitgang is dat er in een korte tijdspanne een moment is dat beide transistoren geleiden bij de overgang van de ene naar de andere toestand. Dan is er als het ware een tijdelijke kortsluiting. Om deze stroom te beperken wordt weerstand R1 in de eindtrap opgenomen.

Open collector[bewerken]

Een open collector uitgang is een totem poleuitgang waarbij transistor T1, in de afbeelding van de totem poleuitgang, naar de positieve voedingsspanning wordt weggelaten. Zo een open collector-uitgang kent twee toestanden namelijk óf laag, óf zwevend. De lage toestand wordt ook wel eens load toestand genoemd en treedt op wanneer transistor T2 in |geleiding is. De zwevende toestand ook wel hoogimpedante toestand genoemd treedt op als transistor T2 gesperd is. In een schema met logische poorten kan men een open collector-uitgang herkennen aan een ruit op de uitgang.

Een voordeel van de open collector uitgang is dat men een aantal van deze uitgangen parallel kan schakelen. Er is dan een pull-upweerstand nodig om de uitgangen met het hoge niveau (de voedingsspanning) te verbinden. Is een van de uitgangen laag, dan is het geheel laag. Is geen van de uitgangen laag, dan wordt de uitgang door de pullup-weerstand hoog gemaakt.

Een open collector werkt wat trager dan een totem pole, maar het is een eenvoudige manier om een AND-poort te implementeren, en het is ook zeer geschikt voor gebruik in een bus. Open collector wordt vaak gebruikt voor interruptlijnen. Nadeel is het relatief hogere stroomverbruik dan de andere uitgangsschakelingen.

Tri-state[bewerken]

Een tri-stateuitgang kan zich in drie toestanden bevinden: hoog, laag of zwevend. De laatste wordt wel de tri-state-toestand genoemd. Ook deze uitgangen mogen parallel geschakeld worden, maar dan moet er voor gezorgd worden dat alle parallel geschakelde uitgangen zwevend zijn, op een na, zodat er geen busconflict ontstaat. Dit geschiedt meestal met een besturingsingang die vaak de naam CS (chip select) draagt.

Tri-state wordt veel gebruikt voor geheugenchips. Een aantal chips wordt parallel met de bus verbonden. Door het CS-signaal wordt ervoor gezorgd dat slechts een van de chips actief is. Het CS-signaal ontstaat meestal door de adresbus te decoderen.

Het is ook mogelijk dat een tri-stateuitgang tevens ingang is.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

  • (en) [1] Texas Instruments logic family application notes
  • (en) [2] Schottky TTL