Перейти к содержанию

ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика)

Серия 7400 и её потомки задали язык цифровой электроники на десятилетия: питание 5 В, ноль ниже 0,8 В, единица выше 2 В. Самих биполярных ТТЛ-микросхем в новых схемах почти нет, но их пороги до сих пор называют «уровнями TTL» в даташитах КМОП-микросхем и микроконтроллеров.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика, TTL) — семейство цифровых микросхем на биполярных транзисторах с питанием 5 В. В элементе И-НЕ, который разбирает Kuphaldt, вход образует транзистор с одним коллектором, одной базой и двумя эмиттерами, а выход — транзисторный каскад. Классика — серия 7400 и её варианты, разобранные в справочнике по сериям логики.

Уровни

По даташиту TI на SN7400 (SDLS025D) питание — 4,75–5,25 В, а уровни такие:

ПараметрSN7400
VIL, входной нольне выше 0,8 В
VIH, входная единицане ниже 2 В
VOL, выходной нольне выше 0,4 В при 16 мА
VOH, выходная единицане ниже 2,4 В при −0,4 мА
IIL, ток входа при нуледо −1,6 мА
tPLH / tPHL, макс.22 / 15 нс

Между 0,8 и 2 В — неопределённая зона. Разница между выходными и входными границами — запас помехоустойчивости: по данным SN7400 — 0,4 В и по нулю, и по единице. Отношение выходного тока нуля к входному току, 16 мА к 1,6 мА, даёт классическую нагрузочную способность — 10 входов.

Особенности

  • Вход течёт наружу. При нуле вход ТТЛ отдаёт ток до 1,6 мА, и источник сигнала должен его принять. Поэтому выход, управляющий ТТЛ, в основном работает на втекание тока.
  • Висящий вход — единица. Kuphaldt отмечает это как свойство именно ТТЛ; у КМОП-логики висящий вход недопустим.
  • Ток потребления зависит от состояния выходов. SN7400 берёт до 8 мА при единицах на выходах и до 22 мА при нулях, а от частоты переключения в первом приближении почти не зависит — Kuphaldt противопоставляет почти постоянное потребление ТТЛ растущему с частотой потреблению КМОП.
  • Выход «тотемный столб». Два транзистора, один к питанию, другой к земле, — тотемный выход, который не поднимается до самого питания.

Ускоренные и экономичные потомки с диодами Шоттки — ТТЛШ, серии 74LS и 74S.

«Уровни TTL» сегодня

Пороги 0,8 и 2 В пережили саму биполярную логику. Серии 74HCT, 74ACT и 74AHCT — КМОП-микросхемы с входами, рассчитанными на эти пороги, а сигналы UART с выводов микроконтроллера в обиходе называют «TTL» в противоположность RS-232. Как сравнивать уровни выхода и входа разных семейств, показано в статье о логических уровнях.

Частые вопросы

Что значит «уровни TTL» у UART-адаптера?

В обиходе так называют сигнал UART прямо с выводов микросхемы — 0 и 3,3 или 5 В, — в отличие от RS-232 с напряжениями ±3…15 В. К биполярной ТТЛ-логике это отношения не имеет: название осталось от времени, когда такие сигналы шли между ТТЛ-микросхемами. Важно другое: выдерживает ли вход вашего микроконтроллера 5 В, если адаптер работает от 5 В.

Почему висящий вход ТТЛ считается единицей, а КМОП — нет?

Вход ТТЛ — эмиттер входного транзистора: пока вход не притянут к земле, ток входного резистора идёт в базу следующего каскада, как при высоком уровне. Kuphaldt подчёркивает, что это верно только для ТТЛ. Вход КМОП — затвор полевого транзистора с ничтожным током, его потенциал определяют наводки, поэтому висящий вход КМОП недопустим.

Можно ли подключить выход 3,3 В к входу ТТЛ?

Да, по уровням: вход ТТЛ считает единицей всё выше 2 В, а выход КМОП 3,3 В даёт около 3,3 В с небольшой нагрузкой. Сравнивают по правилу TI из SZZA036: VOH min выхода выше VIH min входа и VOL max выхода ниже VIL max. Обратное направление — выход ТТЛ или 5 В на вход 3,3 В — требует проверки допустимого входного напряжения.

Источники

  1. Texas Instruments. SN5400, SN54LS00, SN54S00, SN7400, SN74LS00, SN74S00 Quadruple 2-Input Positive-NAND Gates, SDLS025D (December 1983, revised May 2017) — Features: входы совместимы с ТТЛ, VIH = 2 В и VIL = 0,8 В; разд. 6.3: питание SN74xx00 — 4,75–5,25 В; разд. 6.5, SN7400: VOH не ниже 2,4 В при IOH = −0,4 мА, VOL не выше 0,4 В при IOL = 16 мА, IIL до −1,6 мА при VI = 0,4 В, IIH до 40 мкА; ток потребления до 8 мА при единице и до 22 мА при нуле на выходах; разд. 6.8: tPLH 11/22 нс, tPHL 7/15 нс (тип./макс.) при RL = 400 Ом и CL = 15 пФ
  2. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. IV — Digital, ch. 3 «Logic Gates» (CC BY) — разд. «TTL NAND and AND gates» и «Logic signal voltage levels»: TTL — Transistor-to-Transistor Logic; питание 5 В ± 0,25 В; входной ноль 0–0,8 В, входная единица 2–5 В, гарантированный выход 0–0,5 В и 2,7–5 В (обобщённые уровни ТТЛ, а не данные конкретной серии); между 0,8 и 2 В — неопределённая зона; запас помехоустойчивости 0,3 В по нулю и 0,7 В по единице; висящий вход ТТЛ воспринимается как единица, поэтому выход, управляющий входом ТТЛ, должен в основном втекать ток; выход «тотемный столб» и открытый коллектор
  3. Texas Instruments. Understanding and Interpreting Standard-Logic Data Sheets, SZZA036C (December 2002, revised June 2016) — разд. 5, табл. 3: совместимость по уровням проверяют сравнением VOH min и VOL max выхода с VIH min и VIL max входа; у технологий с входами ТТЛ VIH = 2 В, VIL = 0,8 В

Нашли ошибку?

Смотрите также