सेमीोस और टीटीएल लॉजिक के बीच तुलना

यह जानकर हैरानी हो सकती है कि 'फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर' के पेटेंट को बाईपोलर ट्रांजिस्टर के निर्माण में कम से कम बीस साल लग गए। हालाँकि, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर व्यावसायिक रूप से पकड़ने में तेज थे, 1960 के दशक में प्रदर्शित होने वाले द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर से बनी पहली चिप के साथ, MOSFET विनिर्माण तकनीक 1980 के दशक में सिद्ध हुई और जल्द ही अपने द्विध्रुवी चचेरे भाई को पछाड़ दिया।

1947 में बिंदु संपर्क ट्रांजिस्टर का आविष्कार होने के बाद, चीजें जल्दी से बढ़ने लगीं। अगले वर्ष में पहली द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का आविष्कार हुआ। फिर 1958 में, जैक किल्बी पहले एकीकृत सर्किट के साथ आया जिसने एक ही मरने पर एक से अधिक ट्रांजिस्टर लगाए। ग्यारह साल बाद, अपोलो 11 चंद्रमा पर उतरा, क्रांतिकारी अपोलो गाइडेंस कंप्यूटर की बदौलत, जो दुनिया का पहला एम्बेडेड कंप्यूटर था। यह आदिम दोहरी तीन-इनपुट एनआर गेट आईसी का उपयोग करके बनाया गया था, जिसमें प्रति गेट केवल 3 ट्रांजिस्टर शामिल थे।

इसने लॉजिक चिप्स की लोकप्रिय TTL (ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर लॉजिक) श्रृंखला को जन्म दिया, जिसका निर्माण द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का उपयोग करके किया गया था। ये चिप्स 5V से दूर चले गए और 25MHz तक की गति से चल सकते हैं।

ये जल्द ही Schottky क्लैंप्ड ट्रांजिस्टर लॉजिक का रास्ता दे गए, जिसने संतृप्ति को रोकने के लिए आधार और कलेक्टर में एक Schottky डायोड जोड़ा, जिससे स्टोरेज चार्ज बहुत कम हो गया और स्विचिंग समय कम हो गया, जिससे स्टोरेज चार्ज के कारण प्रसार में देरी हुई।

द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर-आधारित तर्क की एक और श्रृंखला ईसीएल (एमिटर कपल्ड लॉजिक) श्रृंखला थी, जो नकारात्मक वोल्टेज पर चलती थी, अनिवार्य रूप से अपने मानक टीटीएल समकक्षों की तुलना में 'बैकवर्ड' का संचालन करती थी, ईसीएल 500MHz तक चल सकती थी।

इस समय के आसपास CMOS (पूरक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर) तर्क पेश किया गया था। यह एन-चैनल और पी-चैनल दोनों उपकरणों का उपयोग करता था, इसलिए नाम पूरक है।

टीटीएल वीएस सीएमओएस: फायदे और नुकसान

बिजली की खपत के बारे में सबसे पहले और सबसे अधिक चर्चा की गई - टीटीएल सीएमओएस की तुलना में अधिक बिजली की खपत करता है ।

यह इस अर्थ में सही है कि एक टीटीएल इनपुट केवल एक द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का आधार है, जिसे चालू करने के लिए कुछ वर्तमान की आवश्यकता होती है। इनपुट करंट की भयावहता सर्किटरी पर निर्भर करती है, जो 1.6mA तक डूबती है। यह एक समस्या बन जाती है जब कई टीटीएल इनपुट एक टीटीएल आउटपुट से जुड़े होते हैं, जो आमतौर पर सिर्फ एक पुलअप रेज़िस्टर होता है या खराब संचालित हाई-साइड ट्रांजिस्टर।

दूसरी ओर, सीएमओएस ट्रांजिस्टर क्षेत्र-प्रभाव हैं, दूसरे शब्दों में, गेट पर एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति अर्धचालक चैनल को चालन में प्रभावित करने के लिए पर्याप्त है। सिद्धांत रूप में, गेट के छोटे लीकेज करंट को छोड़कर कोई करंट नहीं खींचा जाता है, जो अक्सर पिको- या बर्नैम्प के क्रम में होता है। हालांकि, यह कहना नहीं है कि उच्च गति के लिए भी यही कम चालू खपत सही है। सीएमओएस चिप के इनपुट में कुछ समाई है, और इसलिए एक परिमित वृद्धि समय है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि उच्च आवृत्ति पर वृद्धि का समय तेज है, एक बड़े प्रवाह की आवश्यकता होती है, जो मेगाहर्ट्ज या गीगाहर्ट्ज आवृत्तियों पर कई एम्पों के क्रम में हो सकता है। यह करंट तब ही खाया जाता है जब इनपुट को स्टेट बदलना पड़ता है, टीटीएल के विपरीत जहां पर बायस करंट को सिग्नल के साथ उपस्थित होना पड़ता है।

जब आउटपुट की बात आती है, तो CMOS और TTL के अपने फायदे और नुकसान हैं। TTL आउटपुट या तो टोटेम पोल या पुलअप हैं। टोटेम पोल के साथ, आउटपुट केवल 0.5V रेल के भीतर झूल सकता है। हालांकि, आउटपुट धाराओं उनके सीएमओएस समकक्षों की तुलना में बहुत अधिक हैं। इस बीच, सीएमओएस आउटपुट, जिसकी वोल्टेज नियंत्रित प्रतिरोधों के साथ तुलना की जा सकती है, लोड के आधार पर आपूर्ति रेल के मिलिवोल्ट्स के भीतर आउटपुट कर सकता है। हालांकि, आउटपुट धाराएं सीमित होती हैं, अक्सर एलईडी के एक जोड़े को चलाने के लिए मुश्किल से पर्याप्त होता है।

अपनी छोटी वर्तमान आवश्यकताओं के लिए धन्यवाद, CMOS तर्क खुद को लघुकरण के लिए बहुत अच्छी तरह से उधार देता है, जिसमें लाखों ट्रांजिस्टर वर्तमान आवश्यकता के बिना छोटे क्षेत्र में पैक किए जा सकते हैं।

एक और महत्वपूर्ण लाभ टीटीएल सीएमओएस से अधिक इसकी असभ्यता है । क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर गेट और चैनल के बीच एक पतली सिलिकॉन ऑक्साइड परत पर निर्भर करते हैं ताकि उनके बीच अलगाव हो सके। इस ऑक्साइड की परत नैनोमीटर मोटी है और इसमें एक बहुत छोटा ब्रेकडाउन वोल्टेज है, शायद ही कभी उच्च शक्ति वाले एफईटी में 20 वी से अधिक हो। यह CMOS को इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज और ओवरवॉल्टेज के लिए अतिसंवेदनशील बनाता है। यदि इनपुट फ्लोटिंग छोड़ दिए जाते हैं, तो वे धीरे-धीरे चार्ज जमा करते हैं और स्फ़ूर्त आउटपुट स्टेट में बदलाव का कारण बनते हैं, यही वजह है कि CMOS इनपुट आमतौर पर ऊपर, नीचे या ग्राउंडेड होते हैं। TTL अधिकांश भाग के लिए इस समस्या का सामना नहीं करता है क्योंकि इनपुट एक ट्रांजिस्टर बेस है, जो डायोड की तरह अधिक कार्य करता है और कम प्रतिबाधा के कारण शोर के प्रति कम संवेदनशील होता है।

TTL या CMOS? कौनसा अच्छा है?

CMOS लॉजिक ने लगभग हर तरह से TTL को सुपरसीड किया है। हालांकि टीटीएल चिप्स अभी भी उपलब्ध हैं, लेकिन उनका उपयोग करने में कोई वास्तविक लाभ नहीं है।

हालांकि, टीटीएल इनपुट स्तर कुछ मानकीकृत हैं और कई लॉजिक इनपुट अभी भी 'टीटीएल संगत' कहते हैं, इसलिए संगतता के लिए टीटीएल आउटपुट स्टेज ड्राइविंग करने वाला CMOS असामान्य नहीं है। समग्र सीएमओएस स्पष्ट विजेता है जब यह उपयोगिता की बात आती है।

टीटीएल लॉजिक परिवार द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का उपयोग तर्क कार्य करने के लिए करता है और सीएमओएस क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर का उपयोग करता है । टीटीएल की तुलना में अधिक संवेदनशील होने के बावजूद, CMOS आमतौर पर बहुत कम बिजली की खपत करता है। CMOS और TTL वास्तव में विनिमेय नहीं हैं, और कम शक्ति CMOS चिप्स की उपलब्धता के साथ, आधुनिक डिजाइनों में TTL का उपयोग दुर्लभ है।