Det kan være overraskende å vite at patentet på en 'felteffekt-transistor' gikk før etableringen av den bipolare transistoren med minst tjue år. Imidlertid var bipolare transistorer raskere å fange kommersielt, med den første brikken laget av bipolare transistorer som dukket opp på 1960-tallet, med MOSFET-produksjonsteknologi som ble perfeksjonert på 1980-tallet og snart forbi sine bipolare fettere.
Etter at punktkontakt-transistoren ble oppfunnet i 1947, begynte ting å bevege seg raskt. Først kom oppfinnelsen av den første bipolare transistoren året etter. Så i 1958 kom Jack Kilby opp med den første integrerte kretsen som satte mer enn en transistor på samme dør. Elleve år senere landet Apollo 11 på Månen, takket være den revolusjonerende Apollo Guidance Computer, som var verdens første innebygde datamaskin. Den ble laget ved bruk av primitive to-inngangs-NOR-gate-ICer, som besto av bare 3 transistorer per gate.
Dette ga opphav til den populære TTL (Transistor-Transistor Logic) -serien med logiske sjetonger, som ble konstruert ved hjelp av bipolare transistorer. Disse brikkene gikk av 5V og kunne kjøre med hastigheter opp til 25MHz.
Disse ga snart vei til Schottky-klemmet transistorlogikk, som tilførte en Schottky-diode over basen og samleren for å forhindre metning, noe som kraftig reduserte lagringskostnad og reduserte byttetider, som igjen reduserte forplantningsforsinkelsen forårsaket av lagringsladningen.
En annen serie med bipolar transistorbasert logikk var ECL (Emitter Coupled Logic) -serien som gikk på negative spenninger, og i hovedsak fungerte 'bakover' sammenlignet med deres standard TTL-kolleger ECL kunne løpe opp til 500 MHz.
Rundt denne tiden ble CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) logikk introdusert. Den brukte både N-kanal og P-kanal enheter, derav navnet komplementært.
TTL VS CMOS: Fordeler og ulemper
Det første og mest omtalte er strømforbruk - TTL bruker mer strøm enn CMOS.
Dette er sant i den forstand at en TTL-inngang bare er basen til en bipolar transistor, som trenger litt strøm for å slå den på. Størrelsen på inngangsstrømmen avhenger av kretsene inni, synker opp til 1,6 mA. Dette blir et problem når mange TTL-innganger er koblet til en TTL-utgang, som vanligvis bare er en pullup-motstand eller en ganske dårlig drevet høysides transistor.
På den annen side er CMOS-transistorer felteffekt, med andre ord er tilstedeværelsen av et elektrisk felt ved porten nok til å påvirke halvlederkanalen til ledning. I teorien trekkes ingen strøm, bortsett fra den lille lekkasjestrømmen til porten, som ofte er i rekkefølgen av pico- eller nanoampere. Dette er imidlertid ikke å si at det samme lave strømforbruket gjelder selv for høyere hastigheter. Inngangen til en CMOS-brikke har en viss kapasitans, og derfor en begrenset økningstid. For å sikre at oppgangstiden er rask ved høy frekvens, er det nødvendig med en stor strøm, som kan være i størrelsesorden flere forsterkere ved MHz- eller GHz-frekvenser. Denne strømmen forbrukes bare når inngangen må endre tilstand, i motsetning til TTL der forspenningsstrømmen må være tilstede med signalet.
Når det gjelder utganger, har CMOS og TTL sine egne fordeler og ulemper. TTL-utganger er enten totempåle eller pullups. Med totempolen kan utgangen kun svinge innen 0,5V fra skinnene. Imidlertid er utgangsstrømmene mye høyere enn deres CMOS-kolleger. I mellomtiden kan CMOS-utganger, som kan sammenlignes med spenningsstyrte motstander, sendes ut innen millivolt fra forsyningsskinnene, avhengig av belastningen. Utgangsstrømmen er imidlertid begrenset, og er ofte knapt nok til å kjøre et par lysdioder.
Takket være deres mindre nåværende krav gir CMOS-logikk seg veldig godt for miniatyrisering, med millioner av transistorer som kan pakkes inn i et lite område uten at dagens krav er upraktisk høyt.
En annen viktig fordel TTL har over CMOS er dens robusthet. Felteffekttransistorer er avhengige av et tynt silisiumoksydlag mellom porten og kanalen for å gi isolasjon mellom dem. Dette oksidlaget er nanometer tykt og har en veldig liten nedbrytningsspenning, sjelden over 20V selv i FET-er med høy effekt. Dette gjør CMOS veldig utsatt for elektrostatisk utladning og overspenning. Hvis inngangene blir flytende, akkumulerer de sakte ladning og forårsaker falske utgangstilstandsendringer, og det er grunnen til at CMOS-innganger vanligvis trekkes opp, ned eller jordes. TTL lider ikke dette problemet for det meste siden inngangen er en transistorbase, som fungerer mer som en diode og er mindre følsom for støy på grunn av sin lavere impedans.
TTL ELLER CMOS? Som er bedre?
CMOS-logikk har erstattet TTL på nesten alle måter. Selv om TTL-sjetonger fremdeles er tilgjengelige, er det ingen reell fordel å bruke dem.
TTL-inngangsnivåer er imidlertid noe standardiserte, og mange logiske innganger sier fremdeles 'TTL-kompatibel', så å ha en CMOS som driver et TTL-utgangstrinn for kompatibilitet er ikke uvanlig. Samlet er CMOS den klare vinneren når det gjelder verktøy.
TTL-logikkfamilien bruker bipolare transistorer for å utføre logiske funksjoner, og CMOS bruker felteffekttransistorer. CMOS bruker generelt mindre strøm, til tross for at de er mer følsomme enn TTL. CMOS og TTL er egentlig ikke utskiftbare, og med tilgjengeligheten av CMOS-sjetonger med lav effekt, er TTL-bruk i moderne design sjelden.