CMOSおよびTTL

集積回路は、半導体技術の出現により開発され、エレクトロニクスに関わるあらゆる技術に組み込まれている。通信から医療まで、あらゆる機器には、通常の部品で実装すると膨大なスペースとエネルギーを消費する集積回路が、現在の高度な半導体技術によって微細なシリコンウエハー上に構築されている。

すべてのデジタル集積回路は、論理ゲートを基本構成要素として実装されている。各ゲートは、トランジスタ、ダイオード、抵抗などの小型電子部品で構成されています。トランジスタと抵抗の結合で構成された論理ゲートの集合体をTTLゲートファミリーと総称している。TTLゲートの欠点を克服するために、pMOS、nMOS、そして最近人気の高い相補型金属酸化膜半導体タイプのCMOSなど、より高度なTTLゲートの構成方法が考案された。

集積回路では、ゲートはシリコンウェハー上に作られ、専門的には基板と呼ばれる。また、集積回路は、ゲート構造技術に基づき、信号電圧レベル、消費電力、応答速度、集積サイズなどの基本ゲート設計の固有特性により、TTLとCMOSの2つに大別される。

TTLに関する詳細情報

1961年にTRWのジェームス・ビュイーがTTLを発明し、DLやRTLロジックに代わって、計測器やコンピュータ回路に長く使われてきたICです。TTLの集積方法は進化を続け、最新のソフトウェアパッケージは今でも特殊なアプリケーションに使われています。

TTL論理ゲートは、バイポーラ接合型トランジスタと抵抗を結合して、オン・オフのゲートを構成している。入力低電圧（IL）と入力高電圧（IH）の範囲は、それぞれ0< IL< 0.8 と 2.2< IH< 5.0 です。出力低電圧と出力高電圧の範囲は、順に 0< OL< 0.4 と 2.6< OH< 5.0 です。TTL ゲートの許容入力電圧と出力電圧は、信号伝送において高いレベルの耐性をもたらすため静的に抑制されています。信号伝送に高いレベルのイミュニティを導入するために

10A/10Aの平均電力では15A/Lとなるが、CMOSに比べればかなり安定した消費電力である。また、tTLは電磁波に対する耐性も高い。

宇宙用耐放射線TTLパッケージや、高速化（9.5ns）と低消費電力化（2mW）を実現した低電力ショットキーTTL（LS）など、用途に応じた様々なTTLが開発されています。

CMOSについて詳しくはこちら

CMOS技術は、1963年にフェアチャイルドセミコンダクターのフランクワンラスによって発明された。しかし、最初のCMOS集積回路が製造されたのは1968年である。フランク・ワンラス氏は、RCA社に在籍していた1967年にこの発明の特許を申請している。

CMOSロジックファミリーは、低消費電力、低ノイズなど多くの利点を持ち、最も広く使用されているロジックファミリーである。一般的なマイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、集積回路はすべてCMOS技術を使用しています。

CMOSロジックゲートは電界効果トランジスタのフェットで構成され、回路のほとんどに抵抗がない。したがって、スタティック状態では、CMOSゲートは全く電力を消費せず、この状態では、信号入力は一定である。入力Low（IL）と入力High（IH）の電圧範囲はそれぞれ0< IL< 1.5 and 3.5< IH< 5.0, 出力Lowと出力High電圧範囲はそれぞれ0< OL< 0.5 & 4.95< OH< 5.0 です。

CMOSとTTLの違いは何ですか？

-TTL部品は、同等のCMOS部品に比べて比較的安価である。しかし、CMOの技術は、TTL素子よりも回路部品が小さく、レギュレーションも少なくて済むため、大規模になると経済的になる傾向がある。

-CMOS部品は静止状態では電力を消費しませんが、クロック周波数の上昇に伴い消費電力が増加します。一方、TTLは消費電力レベルが一定である。

-CMOSは必要な電流が少なく、消費電力も限られているため、パワーマネジメントのための回路が安価で簡単に設計できる。

-CMO環境におけるデジタル信号は、立ち上がりと立ち下がりの時間が長いため、コスト削減と複雑さの解消が可能です。