Voi olla yllättävää tietää, että 'kenttävaikutteisen transistorin' patentti edeltää kaksisuuntaisen transistorin luomista ainakin kaksikymmentä vuotta. Bipolaaritransistorit olivat kuitenkin nopeammin kiinni kaupallisesti, ja ensimmäinen bipolaarisista transistoreista valmistettu siru ilmestyi 1960-luvulla, ja MOSFET-valmistustekniikkaa täydennettiin 1980-luvulla ja ohitettiin pian kaksisuuntaiset serkkunsa.
Pistekontaktitransistorin keksimisen jälkeen vuonna 1947 asiat alkoivat liikkua nopeasti. Ensin keksittiin ensimmäinen bipolaarinen transistori seuraavana vuonna. Sitten vuonna 1958 Jack Kilby keksi ensimmäisen integroidun piirin, joka asetti useamman kuin yhden transistorin samaan muottiin. Yksitoista vuotta myöhemmin Apollo 11 laskeutui Kuuhun vallankumouksellisen Apollo-ohjaustietokoneen ansiosta, joka oli maailman ensimmäinen sulautettu tietokone. Se valmistettiin primitiivisillä kaksoiskolmipisteillä NOR-portti-IC: itä, jotka koostuivat vain kolmesta transistorista porttia kohden.
Tämä synnytti suositun logiikkasirujen TTL (Transistor-Transistor Logic) -sarjat, jotka rakennettiin käyttämällä kaksisuuntaisia transistoreita. Nämä sirut juoksivat 5 V: n virrasta ja voivat toimia jopa 25 MHz: n nopeudella.
Nämä antoivat pian tien Schottky-kiinnitetylle transistori-logiikalle, joka lisäsi Schottky-diodin alustan ja kollektorin yli kyllästymisen estämiseksi, mikä pienensi huomattavasti varastointimaksua ja lyhensi kytkentäaikoja, mikä puolestaan vähensi varastomaksun aiheuttamaa etenemisviivettä.
Toinen kaksisuuntaisen transistoripohjaisen logiikkasarja oli ECL (Emitter Coupled Logic) -sarja, joka toimi negatiivisilla jännitteillä ja toimi käytännössä '' taaksepäin '' verrattuna tavanomaisiin TTL-vastineisiinsa, ECL voisi toimia jopa 500 MHz: iin saakka.
Noin tuolloin CMOS- logiikka (Complementary Metal Oxide Semiconductor) otettiin käyttöön. Se käytti sekä N-kanava- että P-kanavalaitteita, joten nimi täydentänyt.
TTL VS CMOS: Edut ja haitat
Ensimmäinen ja eniten puhuttu on virrankulutus - TTL kuluttaa enemmän virtaa kuin CMOS.
Tämä on totta siinä mielessä, että TTL-tulo on vain kaksisuuntaisen transistorin pohja, joka tarvitsee virtaa sen kytkemiseksi. Tulovirran suuruus riippuu sisällä olevasta piiristä, uppoamalla jopa 1,6 mA: iin. Tästä tulee ongelma, kun monet TTL-tulot kytketään yhteen TTL-lähtöön, joka on yleensä vain vetovastus tai melko huonosti ohjattu korkean puolen transistori.
Toisaalta CMOS-transistorit ovat kenttävaikutteisia, toisin sanoen sähkökentän läsnäolo portissa riittää vaikuttamaan puolijohdekanavaan johtamiseen. Teoriassa virtaa ei oteta, lukuun ottamatta portin pientä vuotovirtaa, joka on usein piko- tai nanoamppien luokkaa. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että sama pieni virrankulutus pätee myös suuremmilla nopeuksilla. CMOS-sirun tulolla on jonkin verran kapasitanssia ja siten rajallinen nousuaika. Jotta nousuaika olisi nopea korkealla taajuudella, tarvitaan suuri virta, joka voi olla luokkaa useita ampeereja taajuuksilla MHz tai GHz. Tätä virtaa kulutetaan vain, kun tulon on vaihdettava tilaa, toisin kuin TTL, jossa bias-virran on oltava läsnä signaalin kanssa.
CMOS: lla ja TTL: llä on omat etunsa ja haittansa tuotosten suhteen. TTL-lähdöt ovat joko toteemipaaluja tai vedonlyöntejä. Totemipylväällä lähtö voi kääntyä vain 0,5 V: n sisällä kiskoista. Lähtövirrat ovat kuitenkin paljon suurempia kuin CMOS-kollegansa. Sillä välin CMOS-lähdöt, joita voidaan verrata jänniteohjattuihin vastuksiin, voivat tuottaa millivoltteina syöttökiskoista kuormituksesta riippuen. Lähtövirrat ovat kuitenkin rajoitettuja, usein tuskin tarpeeksi parin LEDin käyttämiseen.
Pienempien nykyisten vaatimustensa ansiosta CMOS-logiikka soveltuu erittäin hyvin pienentämiseen, sillä miljoonat transistorit voidaan pakata pienelle alueelle ilman, että nykyinen vaatimus on epäkäytännöllisesti korkea.
Toinen tärkeä etu, jonka TTL: llä on CMOS: iin nähden, on sen kestävyys. Kenttävaikutteiset transistorit riippuvat portin ja kanavan välisestä ohuesta piioksidikerroksesta eristämisen aikaansaamiseksi niiden välillä. Tämä oksidikerros on nanometriä paksu ja sillä on hyvin pieni rikkoutumisjännite, joka ylittää harvoin 20 V jopa suuritehoisissa FET-laitteissa. Tämä tekee CMOS: sta erittäin herkän sähköstaattiselle purkaukselle ja ylijännitteelle. Jos tulot jätetään kelluviksi, ne keräävät hitaasti varausta ja aiheuttavat väärät lähtötilan muutokset, minkä vuoksi CMOS-tulot vedetään yleensä ylös, alas tai maadoitetaan. TTL ei kärsi suurimmaksi osaksi tästä ongelmasta, koska tulo on transistorikanta, joka toimii enemmän kuin diodi ja on vähemmän herkkä melulle pienemmän impedanssinsa vuoksi.
TTL TAI CMOS? Kumpi on parempi?
CMOS-logiikka on korvannut TTL: n lähes kaikin tavoin. Vaikka TTL-siruja on edelleen saatavilla, niiden käytöllä ei ole todellista etua.
TTL-tulotasot ovat kuitenkin jonkin verran standardoituja, ja monissa logiikkatuloissa sanotaan silti 'TTL-yhteensopiviksi', joten CMOS: n käyttäminen TTL-lähtövaiheessa yhteensopivuuden vuoksi ei ole harvinaista. CMOS on selkeä voittaja hyödyllisyyden suhteen.
TTL-logiikkaperhe käyttää kaksisuuntaisia transistoreita logiikkatoimintojen suorittamiseen ja CMOS käyttää kenttätransistoreita. CMOS kuluttaa yleensä paljon vähemmän virtaa huolimatta siitä, että se on herkempi kuin TTL. CMOS ja TTL eivät ole oikeastaan vaihdettavissa, ja pienitehoisten CMOS-sirujen saatavuuden myötä TTL: n käyttö moderneissa malleissa on harvinaista.