Транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ, — транзистор-транзисторна логіка) — перша широко поширена технологія виготовлення напівпровідникових інтегральних схем. Свою назву технологія отримала через те, що транзистори використовуються як для виконання логічних функцій (наприклад, І, АБО), так і для інвертування та посилення вихідного сигналу (на відміну від резисторно-транзисторної і діодно-транзисторної логіки).
Найпростіший (базовий елемент) ТТЛ виконує логічну операцію І-НЕ і за схемотехнічним рішенням є подібним до ДТЛ елементу, але за рахунок використання багатоемітерного транзистора має кращу швидкодію, менше енергоспоживання і є більш технологічним.
Історія ТТЛ набула широкого поширення в комп'ютерах, електронних музичних інструментах, а також в контрольно-вимірювальній апаратурі і автоматиці. Завдяки широкому розповсюдженню ТТЛ вхідні і вихідні кола електронного обладнання часто виконуються сумісними по електричним характеристикам з ТТЛ. Максимальна напруга в схемах з ТТЛ може досягати 24В, однак це призводить до великого рівня паразитного сигналу. Досить малий рівень паразитного сигналу при збереженні достатньої ефективності досягається при напрузі живлення 5В, тому така напруга і увійшла в технічний регламент ТТЛ.
ТТЛ стала популярною серед розробників електронних систем після того, як в 1965 році фірма Texas Instruments представила серію інтегральних мікросхем 74xx, хоча фірма Texas Instruments і не була першою, хто почав випуск ТТЛ мікросхем (дещо раніше його почали фірми Sylvania і Transitron). Тим не менш промисловим стандартом стала саме серія 74xx фірми Texas Instruments, що значною мірою пояснюється великими виробничими потужностями фірми Texas Instruments, широкою номенклатурою мікросхем, а також її зусиллями по просуванню серії 74xx.
Оскільки біполярні інтегральні ІМС серії 74xx фірми Texas Instruments стали найбільш поширеними, їх функціонально і параметрично повторює продукція інших фірм (Advanced Micro Devices, серія 90/9N/9L/9H/9S Fairchild, Harris, Intel, Intersil, Motorola, National, частково К155 виробництва СРСР тощо)Соломатин Н. М. Логические элементы ЭВМ: Практ. пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1990. — С. 19, 58. — 160 с. — ISBN 5-06-002053-3 .
Принцип дії базового логічного елемента ТТЛ
Базовий логічний елемент ТТЛШило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. — М. : Радио и связь, 1987. складається з двох функціональних частин: логічної і силової. Логічна частина (багатоемітерний транзистор V1) визначає виконувану елементом логічну функцію, а силова частина (транзистор V2 та двотактний каскад на V3—V4) відповідає за підсилення та формування вихідних логічних рівнів. Для демонстрації роботи схеми достатньо розглянути два випадки, в яких значення вихідного сигналу відрізняється.
Перший випадок. Напруга на одному із входів представляє низький рівень (наприклад, U1 = 0 В). У цьому випадку перший емітер транзистора V1 з'єднується з негативним виводом джерела живлення (т. зв. «землею») через низький внутрішній опір джерела сигналу. В найпростішому випадку вхід просто замикають на «землю». Від позитивного виводу джерела живлення (+5 В) через резистор R1 протікає базовий струм транзистора V1, який відкривається і своїм переходом колектор-емітер замикає на «землю» базу транзистора V2. Таким чином V2 закритий і через нього струм не тече. Транзистор V4 також закритий — через резистор R4 його база замкнена на «землю». Транзистор V3 відкритий базовим струмом через резистор R2. Через резистор R3, транзистор V3 та діод V5 на вихід схеми потрапляє високий потенціал (в межах 2,4…5 В). Стан транзистора V1 не зміниться, якщо низький рівень напруги буде на іншому вході U2 або на обох входах.
Другий випадок. На обидва входи схеми подано високий потенціал (U1 = U2 = 5 В). На базі та емітері транзистора V1 однаково високі потенціали, тому транзистор закритий. Але при цьому перехід база-колектор транзистора виявляється зміщеним у прямому напрямі, він відкривається (як звичайний діод) і пропускає струм від джерела живлення +5 В через резистор R1 на базу транзистора V2, який також відкривається. Колекторний струм V2 створює базовий струм V4 і відкриває його. Своїм переходом колектор-емітер V4 замикає на «землю» вихід схеми. Тому на виході низький потенціал (Ua = 0…0,4 В). Може здаватися, що транзистор V3 також відкритий, тому треба з'ясувати його стан. Для цього потрібно оцінити потенціали бази і емітера цього транзистора. Потенціал бази V3 складається з падінь напруги на переходах база-емітер V4 і колектор-емітер V2 і становить приблизно 0,9 В (≈0,7 В + ≈0,2 В). Потенціал емітера V3 складається з падінь напруги на переходах колектор-емітер V4 і діоді V5 і дорівнює ≈0,9 В (≈0,2 В + ≈0,7 В). Отже на базі і емітері транзистора V3 приблизно однакові потенціали, він закритий і не впливає на вихід схеми. Власне для цього в схемі служить діод V5, який «підпирає» емітер транзистора V3 і не дає йому відкритися.
Таким чином, базовий логічний елемент ТТЛ виконує логічну функцію І-НЕ, представлену таблицею істинності:
Входи Вихід 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0
Транзисторно-транзисторна логіка з діодами Шотткі (ТТЛШ)
У ТТЛШ використовуються транзистори Шотткі, в яких бар'єр Шотткі не дозволяє транзистору увійти в режим насичення в результаті чого дифузійна ємність мала і затримки перемикання малі, а швидкодія висока.
ТТЛШ-логіка відрізняється від ТТЛ наявністю діодів Шотткі в колах база — колектор, що виключає насичення транзистора, а також наявністю демпферних діодів Шотткі на входах (рідко на виходах) для придушення імпульсних завад, що утворюються через відбиття в довгих лініях зв'язку (довгої вважається лінія, час поширення сигналу в якій більше тривалості його фронту, для найшвидших ТТЛШ мікросхем лінія стає довгою починаючи з довжини в кілька сантиметрів).
Характеристики та параметри мікросхем пам'яті на основі ТТЛ технології Характеристики та параметри мікросхем пам'яті на основі ТТЛ технології можуть варіюватися в залежності від конкретної моделі та виробника. Однак, наступні характеристики та параметри є загальними для більшості мікросхем пам'яті на основі ТТЛ:
Розмір: зазвичай мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ мають малий розмір, що дозволяє їх використовувати в компактних електронних пристроях. Ємність: ємність мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ зазвичай залежить від її конкретної моделі та може коливатися від кількох кілобайт до кількох мегабайт. Швидкість: мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ можуть мати різні швидкісні характеристики, що визначається головним чином їх технічними характеристиками та застосуванням. Напруга живлення: зазвичай мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ живляться напругою від 4,5 В до 5 В. Кількість входів/виходів: кількість входів та виходів мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ зазвичай залежить від її конкретної моделі та може варіюватися від кількох десятків до кількох тисяч.
Додатковою характеристикою мікросхем пам'яті на основі ТТЛ технології є споживана потужність. Ця характеристика визначає кількість електроенергії, яку споживає мікросхема пам'яті для своєї роботи. Споживана потужність залежить від рівня напруги живлення, ємності та швидкості мікросхеми, а також від зовнішніх умов, таких як температура.
Крім того, мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ технології можуть мати різні інтерфейси, які використовуються для передачі даних між мікросхемою та іншими пристроями. Для прикладу, популярні інтерфейси для мікросхем пам'яті на основі ТТЛ технології включають шину даних (Data Bus), шину адрес (Address Bus) та шину управління (Control Bus).
Крім того, зазвичай мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ технології мають можливість збереження даних у випадку відключення живлення. Це забезпечується за допомогою додаткового елемента живлення (Backup Battery), який забезпечує живлення мікросхеми пам'яті в разі відключення основного джерела живлення.
Ще однією важливою характеристикою мікросхем пам'яті на основі ТТЛ технології є їх максимальна розрядність. Це визначає максимальну кількість бітів, яку може зберігати мікросхема пам'яті. Зазвичай максимальна розрядність складає 8, 16 або 32 біти.
Також важливою характеристикою є час доступу до даних, який визначає час, необхідний для того, щоб мікросхема пам'яті знайшла необхідні дані та передала їх користувачу або іншій мікросхемі. Цей час зазвичай вимірюється в наносекундах і може бути різним для різних мікросхем.
Однією з ключових характеристик мікросхем пам'яті на основі ТТЛ технології є їхній обсяг пам'яті. Мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ технології можуть мати різний обсяг пам'яті, від кількох кілобайт до кількох мегабайтів. Однак, у порівнянні з сучасними мікросхемами пам'яті на базі інших технологій, обсяг пам'яті у мікросхемах на основі ТТЛ може бути обмеженим.
Нарешті, ще однією важливою характеристикою мікросхем пам'яті на основі ТТЛ технології є їхня ціна. Мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ технології можуть бути дещо дорожчими, ніж мікросхеми на базі інших технологій, таких як CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), оскільки вони потребують більше електроенергії та генерують більше тепла. Проте, у деяких випадках, наприклад, коли вимоги до швидкості дуже високі, мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ можуть бути більш ефективними і економічно вигідними, оскільки вони можуть працювати на вищих частотах та забезпечувати більшу швидкість доступу до даних, що дозволяє знизити загальну вартість системи.
Загалом, мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ технології залишаються важливим компонентом в електронних системах, де вимоги до швидкості та точності високі. Однак, з появою новіших технологій, таких як CMOS та Flash-пам'ять, мікросхеми на основі ТТЛ поступово витісняються з ринку.
Усе ж таки, мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ технології залишаються використовуватись в багатьох пристроях, таких як аудіосистеми, телевізори, пристрої зберігання даних та інші. Деякі виробники продовжують випускати мікросхеми на основі ТТЛ технології з вдосконаленими характеристиками та покращеною продуктивністю, що дозволяє зберігати їхню популярність на ринку.
У підсумку, мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ технології мають свої переваги та недоліки. Вони є важливим компонентом в електронних системах та пристроях, де вимоги до швидкості та точності високі, але з появою новіших технологій, їхня популярність поступово знижується.
Незважаючи на це, мікросхеми пам'яті на основі ТТЛ технології залишаються важливим джерелом знань та експериментів в галузі електроніки. Їх можна використовувати для навчання, досліджень та розробки нових пристроїв. Також, вони можуть бути використані як засіб для ремонту та збереження старих електронних пристроїв, які використовують мікросхеми на основі ТТЛ.
Відзначимо, що розвиток електроніки та технологій продовжується, і на сьогоднішній день існує багато різних технологій мікросхем пам'яті. Залежно від конкретного застосування, може бути вигідніше використовувати CMOS, Flash-пам'ять або інші технології. Однак, мікросхеми на основі ТТЛ залишаються важливою складовою в електронній індустрії, особливо в старших електронних пристроях та системах, де вони можуть забезпечити надійну та ефективну роботу.
Також слід зазначити, що виготовлення мікросхем пам'яті на основі ТТЛ технології вимагає складного виробничого процесу, який пов'язаний з високою вартістю. Зазвичай, мікросхеми на основі ТТЛ використовуються в пристроях, які не потребують великої кількості пам'яті, або в тих випадках, коли вартість не є визначальним фактором.
Також, в порівнянні з іншими технологіями, мікросхеми на основі ТТЛ мають відносно низьку щільність інтеграції. Це означає, що на одній мікросхемі можна розмістити обмежену кількість логічних елементів та бітів пам'яті. Це обмеження не є критичним для багатьох застосувань, але відображає обмеження технології.