디지털 회로 실험 및 설계 - 기본 논리 게이트(Gate) 및 TTL, CMOS I

소개글

디지털 회로 실험 및 설계 - 기본 논리 게이트(Gate) 및 TTL, CMOS I에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목표
2. 관련이론
3. 데이터 시트
4. PSpice 시뮬레이션

본문내용

설정.
7408(AND 게이트)
7432(OR 게이트)
7404(NOT 게이트)
A
B
X
A
B
X
A
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7400(NAND 게이트)
7402(NOR 게이트)
7486(XOR 게이트)
74266(XNOR 게이트)
A
B
X
A
B
X
A
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5. 조사
TTL과 CMOS Interface 주의점, 특징, 차이점
CMOS
- CMOS는 주로 증가형 MOSFET 소자들을 사용하여 만든 디지털 로직 IC이다. 출력단은 항상 위쪽이 P채널 MOSFET를 사용하고 아래쪽이 N채널 MOSFET를 사용하늘 상보형 구조를 가진다.
- CMOS는 TTL에 비하여 훨씬 늦게 개발되었으나, 반도체 구조가 간단하고 칩상의 공간을 적게 차지하여 유리하며, 따라서 소자의 집적도를 높일 수 있기 때문에 VLSI에도 널리 사용된다. 한편, 사용자의 입장에서는 소비전력이 매우 적고 잡음 여유도가 크다는 것이 더욱 유리하다. 그러나, 이것은 바이폴라 트랜지스터를 기본으로 하는 TTL 소자에 비하면 동작속도가 느리다는 것이 치명적인 단점이다.
- CMOS 소자는 이름이 기본적으로 40XX 또는 45XX의 형태를 취하며, 일반적으로 3V ~ 18V의 전원전압에서 동작한다. 이것은 출력전압이 L상태일 때 0~0.1V이고 H상태일 때 VPP~0.1V여서 입력전압 범위와 격차가 크기 때문에 잡음 여유도가 높다.
- CMOS 소자의 또다른 특징은 게이트 입력단이 절연되어 있기 때문에 정전기에 의화여 파괴되기 쉽다는 것이다. 대부분의 소자에는 이러한 정전기에 대한 보호회로를 내장하고 있지만 그래도 주의하여 취급하는 것이 좋다.
- CMOS 로직은 낮은 전압에서 동작하므로 소비전력이 작고, 고집적화가 가능하지만 동작 속도는 TTL보다 느리다. CMOS 로직의 초기 제품은 ‘40 시리즈’이다. 이 시리즈는 동작 속도가 빠르고, 핀 배열도 TTL과 같은 ‘74HC 시리즈’로 발전하였고, 이 74HC 시리즈는 동작 속도가 더 빠른 ‘74AC 시리즈’로 발전하였다.
TTL
- TTL(Transistor-Transistor Logic)은 바이폴라 트랜지스터를 사용하여 만든 디지털 로직 IC이다. 이것은 이름이 모두 74XXX의 형태를 취하고, 대부분 5V 전원전압에서 동작하며, 속도가 빠른 반면에 소비전력이 크다는 특징을 가진다. TTL에는 동작속도를 더욱 빠르게 하거나 소비전력을 감소시키기 위하여 아래와 같이 여러 가지의 시리즈 모델들이 개발되었으며, 이밖에도 메이커에 따라 현재까지 매우 다양한 변종들이 개발 시판되고 있다.
- 현재 가장 모델이 다양하고 널리 사용되는 것은 74LS형이며, 동작속도가 다소 낮아도 무방한 용도에는 74HC나 74HCT의 사용이 많아지고 있다. 그러나, 소비전력이 적어 동작속도는 빠른 것이 가장 이상적인 반도체 소자인데, 이러한 이상적인 형태에 접근하는 것이 74AC형 또는 74ACT형이라고 볼 수 있다.
- TTL은 미국 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments) 사가 1960년대에 발표한 논리 게이트이다. TTL은 논리 게이트의 표준이며, 대부분의 회사는 이를 기준으로 제품을 생산한다. 초기의 TTL은 ‘74 시리즈’이다. 74 시리즈는 성능이 개선되면 그 특징을 나타내는 문자를 덧붙이는 방식으로 개량되어 왔다. 74 시리즈는 쇼트키 트랜지스터(Schottky Transistor)를 사용하여 동작 속도를 높인 ‘74S 시리즈’로 발전하였고, 이 74S 시리즈는 소비전력을 줄인 ‘74LS 시리즈’로 개량되었다. 이후 동작 속도가 더 빠르고 소비전력도 줄인 ‘74F 시리즈’ 등으로 발전하였다.
전압레벨 및 잡음여유
- TTL은 반드시 5V의 전압에서 동작하며, 저전압 레벨 잡음 여유와 고전압 레벨 잡음 여유가 각각 0.4V씩으로 비교적 작다.
- 그러나, CMOS는 3V~18V 사이의 임의의 전압에서 동작시킬 수 있으므로 TTL은 물론 OP Amp와 같은 소자와 직접 접속하기도 한다. 이를테면 10V에서 동작시키는 경우 저전압 레벨 잡음 여유와 고전압 레벨 잡음 여유가 각각 2.95V씩으로 TTL에 비하여 상당히 크다. 전원전압이 높아지면 잡음 여유도 커진다.
- 74HC 시리즈는 40XX/45XX 시리즈의 CMOS 대신에 TTL과 동일한 기능과 핀번호를 가지며 2~6V 전압 범위에서 동작하도록 만든 CMOS 소자이므로 TTL과 기능적인 호환성을 가지며 잡음 여유가 큰 CMOS의 특징을 그대로 가진다. 그러나, TTL에 비하여 소비전력이 적은 대신에 동작속도는 매우 느리다.
동작속도 및 소비전력
- TTL중에서 쇼트키형인 74S형은 바이폴라 트랜지스터의 포화를 방지하여 스위칭 속도를
개선한 쇼트키 트랜지스터를 사용함으로써 동작속도를 높였으나 소비전력은 매우 크다. 이
것을 저전력화한 것이 74LS형이며, 소비전력과 동작속도를 함께 개선한 것이 74AS형이다.
한편 CMOS에서 유래하여 TTL과 유사한 구조를 가지도록 한 것이 74HC형이며, 이것의
전원전압 범위와 입력전압 특성을 TTL화한 것이 74HCT형이다.
- 오늘날은 74LS, 74HC, 74HCT형이 널리 사용되고 있으며, 고속형의 경우에는 74AS형이
종종 사용된다. 그러나, 74LS형이 아닌 다른 시리즈 모델들은 수많은 기능의 TTL 소자들중
에서 아직 제공되지 않는 소자가 많다. 한편, 최근에는 각 반도체 회사에서 TTL과 CMOS
또는 Bi-CMOS 기술을 혼합하여 속도가 빠르고 저전력형인 다양한 소자들을 개발하고 있
으며, 이중에는 기본적인 구조가 TTL이면서도 3.3V, 2.5V, 1.8V와 같이 저전압에서 동작하
는 소자들도 있는데 이것들은 저전압형의 마이크로프로세서들이 많아짐과 함께 점차 사용이
늘어나고 있다.

키워드

디지털회로실험및설계,   기본 논리 게이트,   TTL,   CMOS