Logikfamilien - Gleich und doch verschieden

 

Eine Simulation der selbst entwickelten Digitalschaltung auf dem heimischen PC ist erfolgreich simuliert worden. Nun soll die Schaltung in 'harte Ware' umgesetzt werden. Jetzt stellt sich aber die Frage, in welche Logikfamilie soll dies geschehen? Der Markt wird beherrscht von 2 großen Familien: Der CMOS und der TTL-Familie mit ihren Unterfamilien. Vom Grundprinzip sind alle Familien geeignet. Sie haben nur geringfügige Unterschiede, welche aber Ausschlaggebend sein können.

 

 

TTL-System

 

Die TTL-Familie ist die erste in Serie hergestellte Logikfamilie. Die 'Ur-TTL-Familie' wird mit bipolaren Transistoren gefertigt. Dem entsprechend hoch ist auch der Stromverbrauch. Vorteil dieser Familie ist der relativ hohe möglich Ausgangsstrom. Ebenso gibt es in dieser Familie Bausteine, die für hohe Ausgangsspannung geeignet sind. Diese können verwendet werden um z.B. Ziffernröhren, so genannte Nixie-Röhren, anzusteuern. Typisch für diese und den meisten Unterfamilien ist die Betriebsspannung von 5V. Diese Spannung hat die Digitaltechnik und die Mikroelektronik massiv geprägt. Selbst moderne Mikroelektronikschaltungen, wie z.B. Aufbauten mit dem AVR-Prozessesor arbeiten mit 5V.

 

Die TTL-Familie hat als Kennzeichnung immer die '74' in der Bezeichnung. Ein 7408 z.B. ist die Bezeichnung für ein Baustein mit 4 Und-Gattern. Vor der Nummer kann noch ein Herstellertypisches Kürzel stehen, z.B. SN wie SN7408.

 

Nun gibt es neben der Standard-TTL-Reihe noch eine Reihe Unterfamilien. Um diese von der Standard-Familie unterscheiden zu können, wird hinter der '74' noch ein Buchstabe oder Buchstabenfolge eingefügt, die uns sagt aus welcher Unterfamilie das IC stammt. Die nachfolgende Tabelle zeigt die wichtigsten Familien der TTL-Reihe:

 

Familie Eigenschaft
74 xx Standard-TTL
74 S xx

Schottky-TTL

Schnelle Standard-TTL-Reihe

74 LS xx

Low-Power-Schottky-TTL

Schnelle Strom sparende Standard-TTL-Reihe

74 HC xx

TTL mit CMOS-Kern

Sehr Energiesparend

74 HCT xx

TTL mit CMOS-Kern und TTL-Ausgängen

Sehr Energiesparend aber nach 'aussen' wie Standard-TTL

74 F xx

Fast-TTL

Sehr schnelle TTL-Familie

74 AS xx

Advanced-TTL

Die schnellste erhältliche TTL-Familie

74 ALS xx

Advanced-Low-Power-TTL

Die schnellste energiesparende erhältliche TTL-Familie

74 AC xx

Advanced-CMOS-TTL

Schnelle TTL-Familie mit CMOS-Kern

74 ACT xx

Advanced-CMOS-TTL und TTL-Ausgängen

Schnelle TTL-Familie mit CMOS-Kern und TTL-Ausgängen

74 LV xx

Low-Voltage-TTL

TTL-Familie mit kleinerer Betriebsspannung für moderne Computerschaltungen

 

 

 

CMOS

 

Mit der TTL-Familie kann man nahezu alle Funktionen der Digitaltechnik abdecken. TTL hat aber einen entscheidenden Nachteil. Sie benötigt eine ziemlich genaue Betriebsspannung von 5V bzw. 3,3V (LV-Unterfamilie). Will man die Schaltung dort einsetzen, wo die Betriebsspannung sich verändern kann wie beim Einsatz in einem KFZ oder bei Batteriebetrieb, muss man diese Spannung erst über Spannungsregler auf einen genauen Wert regeln, wodurch auch Energie verloren geht.

 

Dies kann man bei der CMOS unterlassen. CMOS arbeitet von 3V bis 15V und deckt damit die meisten gängigen Betriebsspannungen ab. Man muss also nicht erst eine komplizierte Spannungsanpassung beim Schaltungsentwurf vorsehen. Dies kann man z.B. auf diesen Seiten gut sehen. Hier muss die 9V-Batteriespannung nicht erst noch geregelt werden und wir können die Digitalschaltungen direkt mit der Batteriespannung versorgen.

 

Ein großer Nachteil hat die CMOS-Technik aber. Bedingt dadurch, das MOSFET-Transistoren, welche in diesen Chips arbeiten, stark frequenzabhängig sind, ist hier bei wenigen MHz Schaltfrequenz Schluss. Für einfache Steuerungen in der Regel vollkommen ausreichend aber für den Einsatz in modernen Computerschaltungen reicht diese Frequenz bei weitem nicht aus. Daher findet man auch nie CMOS-ICs in Computerschaltungen.

 

 

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