IC의 종류와 TTL & CMOS 비교

[남병식]

집적 회로의 종류와 특징

[1] 집적 회로의 종류

① 정의 : 작은 규소 기판 위에 트랜지스터나 저항 등의 회로 소자를 많이 집적하여 하나의 회로로 동작하도록 만든 것


② 종류 :
a. 반도체 IC : IC의 구성 요소가 반도체를 중심으로 만든 것
b. 바이폴러형 IC : 트랜지스터를 중심으로 만든 것
c. MOS 형 IC : MOS-FET를 중심으로 만든 것
d. 혼성 IC : IC 구성 요소에 저항이나 콘덴서 등의 수동 소자를 IC나 각 트랜지스터에 붙여서 만든 것

e. 디지털 IC : 기능면에서 컴퓨터 등의 디지털 논리 실현에 사용되는 것
f. 리니어 IC : 음향 기기의 증폭 회로 등에 사용되는 것.

트랜지스터의 종류에 의한 분류	회로 동작 기능에 의한 분류	집적화의 규모에 의한 분류
·바이폴러형 IC ·MOS형 IC	·리니어 IC(아날로그 IC) ·디지털 IC	·SSI(소규모 IC) ·MIS(중규모 IC) ·LSI(대규모 IC) ·VLSI

[2] 집적 회로의 이점

① 회로의 소형화
② 신뢰성의 향상
③ 가격의 저렴

장점	단점
·기기가 소형이 된다. ·가격이 저렴하다. ·신뢰성이 좋고 수리가 간단(교환)하다. ·기능이 확대된다.	·전압이나 전류에 약하다. ·열에 약하다(납땜할 때 주의) ·발진이나 잡음이 나기 쉽다. ·마찰에 의한 정전기의 영향을 고려해야 하는 등 취급에 주의가 필요하다.

TTL, ECL, CMOS
디지털 회로에 사용되는 논리 게이트, 플립플롭, 래치 등의 디지털 소자들은 IC로 제작되어 칩의 형태로 공급되며, 칩 하나에는 보통 여러개의 논리 게이트를 내장하여 효율적으로 회로를 구성할 수 있도록 하고 있다.

 이 디지털 IC들은 대부분 트랜지스터를 집적하여 만들며, 사용하는 트랜지스터의 종류와 집적회로의 제작기술에 따라 여러 가지 계열로 분류될 수 있다. 이중 현재 많이 사용되는 것은 TTL, ECL, 그리고 CMOS계열이다.

TTL의 종류
TTL 계열의 소자들은 현재 가장 많이 사용되는 것으로 일반적으로 시중에서 보이는 대부분의 논리 소자들이 TTL 계열의 소자들이다. 현재 우리가 사용하는 보드에서도 거의 TTL 계열의 부품을 사용하고 있다.

이 계열은 부품의 번호가 모두 74라는 숫자로 시작하기 때문에 74-시리즈라고 부르기도 한다.

부품의 이름을 붙이는 규칙은 “74 (특성) (부품번호)”의 순으로 붙이며 하나의 예를 들자면 다음과 같다.
이 부품은 2입력 AND 게이트 4개가 내장된 LS 시리즈 TTL이다.

가운데 부분의 특성을 나타내는 영문자 L과 S는 각각 Low power와 Schottky의 약자이며 이외에도 A, F등이 있다.

 각 문자의 의미는 다음과 같다.

TI사의 TTL에는 2개의 계열과 7개의 시리즈가 있습니다.

2개의 패밀리란 표 2에 나타낸 바와 같이 54시리즈와 74시리즈가 있습니다.

54시리즈는 74시리즈에 비하여 성능이나 온도 특성 등이 우수한 것으로 군용으로 사용되고 있으며 일반적으로는 거의 사용되지 않습니다. 일반적으로 대부분 74시리즈라고 할 수 있습니다.

1. TTL(Transistor-Transistor Logic)

 BJT(Bipolor Junction Transistor)를 사용해서 제작하며 현재 가장 많이 사용되는 논리소자 계열이다.

TTL

논리게이트를 내장한 IC는 여러가지 종류가 있지만, 그중에서도 TTL 시리즈는 널리 사용되고 있으며 종류도 다양하게 준비되어 있다. TTL은 Transistor Transistor Logic 이라고 불리는 것으로 그 이름이 의미하듯이 복수 개의 트랜지스터에 의해 논리 게이트를 구성하고 있다.

TTL

특징 : 여러개의 트랜지스터로 논리게이트를 구성

       동작속도가 빠르다.

       소비전력이 크다.

       +5V 전원전압에서 동작

       선로 임피던스의  영향받기 쉽다.

       잡음여유가 작다.

범용 TTL IC의 명칭의 의미

제조회사명 + 동작온도범위 + TTL의 분류 +  IC종류별로붙이는연속번호 + A + 패키지의 형태

동작온도범위 : 54 : -55˚C ~ +125˚C

                      74 : 0˚C ~ +70˚C

참고적으로 아래 그림은 D-FF 을 8개를 내장하고있는 74LS374 그림이다.

같은 74374 라도 74LS374, 74AS374 등의 품명이 있으며, 다음과 같은 품종들이 준비되어 있다.

시리즈명	설 명
74 시리즈	표준 TTL
74L 시리즈	저전력 TTL
74H 시리즈	고속 TTL
74S 시리즈	Schottky TTL
74LS 시리즈	저전압 Schottky TTL
74AS 시리즈	Advanced Schottky TTL
74ALS 시리즈	저전력 Adv. Low power TTL

TTL 품종

이외에도 74F 시리즈, 74HC 시리즈 등이 있으며, 가장 많이 쓰이는 품종은 74LS 시리즈이나 요즘은 74HC 시리즈가 많아 쓰인다.
74시리즈는 현재 0번부터 시작하여 600번대까지의 제품이 나와 있으며, 기본 게이트류부터 시작하여 디코더,플립 플롭, 레지스터, 카운터 등 종류는 매우 다양하다.

분 류	종 류
0 ~ 30번대	게이트류
41 ~ 48번대	디코더류
70번대	플립 플롭류
80번대	가산기류
90번대	카운터, 레지스터류
200번대,300번대	100번대 이하 개량품

TTL 분류

TTl의 논리레벨

디지털 회로에 있어서 신호는 HIGH 레벨이나 LOW레벨의 조합으로 구성되어 있다.(이하 H레벨,L레벨)H레벨과 L레벨의 경계를 2.5V 를 경계로 하여 2.5V이하는 L레벨,2.5V 이상을 H레벨로 동작하도록 되어 있다면 여러가지로 편리하겠지만, 아쉽게도 실제는 그렇지 않다.

실제로는 H,L레벨에 상한과 하한이 정해져 있어, 전혀 사용하지 않는 전압 범위가 존재한다. 이것은 마치 교차로 신호등의 황색등과 같이 서로의 안전을 위해 모두 동작하지 않는 구간이 있는것과 비슷하다고 볼수 있다.

TTL의 논리레벨 (74LS 시리즈)

다음으로 TTL의 입력핀과 출력핀의 상태 변화에 따른 전류 관계를 생각해보자. 가장 이상적인 것은 입력핀에 흐르는 전류는 되도록 작고, 출력핀에는 큰 전류를 흐르게 하는것이 바람직하지만, 이 역시도 한계가 정해져 있다.

• TTL의 입력핀이 H레벨일 때에는 논리 레벨을 공급하는 쪽(다른 게이트의 출력판)에서 입력핀을 향해 약간의 흡수전류(74LS시리즈 경우 29㎂ 이하)가 흐른다.
• TTL의 입력핀이 L레벨일 때에는 논리 레벨을 공급하는 쪽을 향해 상당량의 배출 전류(74LS 시리즈경우 0.4㎃ 이하)가 흐른다.
• TTL출력핀이 H레벨일 때에는 TTL로부터 유출 전류가 흘러나온다.(74LS 시리즈 경우 0.4㎃)
• TTL의 입력핀이 L레벨일 때에는 TTL쪽으로 유입전류가 흘러들어온다.(74LS 시리즈 경우 0.8㎃)

TTL의 입.출력 전류  

2.  ECL(Emitter-Coupled Logic) 역시 BJT를 사용하며, TTL에 비해 속도가 빠르기 때문에 주로 고속동작이 요구되는 곳에 사용된다.

3. CMOS(Complementary MOS)

 전계효과 트랜지스터(FET)를 사용해서 제작하며 전력소모가 적기 때문에 저전력이 필요한 곳에 주로 사용된다.

 MOS IC

MOS(Metal Oxide Semiconductor)란 금속산화물 반도체를 말하며 그림에서 보는 바와 같이 금속(Metal), 산화물(Oxide), 반도체(Semiconductor)의 머릿 글자를 따서 이렇게 부른다.

CMOS

CMOS(Complementary MOS)란 NMOS와 PMOS를 기판상에 상보적으로 연결하여 서로 그 동작을 보완하도록 한 것이다. Complementary라는 이름은 그래서 붙여진 것이다. CMOS는 입력신호가 변화하였을 때만 전류가 흐르므로 소비전력이 적고, 저 전압으로 동작하는데도 동작 속도가 빠르고 열을 적게 내는 장점 때문에 많은 소자를 채워넣는 VLSI와 대용량 메모리 침, 건전지를 장시간 사용해야 하는 시계, 자동카메라, 전자계산기, 전자수첩 등 마이크로 프로세서의 주역으로 쓰이고 있다.

소비전력이 적다는 것은 단지 전기를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 회로에서 발생하는 열이 적다는 의미도 있다.

그 때문에 CMOS 회로는 고밀도로 회로를 집적 시켜도 열에 의한 오 동작이나 고장이 일어나지 않는 장점이 있다.

CMOS

CMOS란 Complementary Metal Oxide Semiconductor의 약자로 금속 산화막 반도체 라고 불린다. CMOS는 FET를 기본 소자로 하고 있다. CMOS 는 N채널 MOS-FET 와 P채널 MOS-FET 를 접속한 것으로 각각의 특성을 상호 보완하여 소비 전력과 잡음 여유 등에서 우수한 특성을 가지고 있다.

TTL 이 74시리즈로 유명한것처럼 CMOS역시 400 시리즈로 유명하며, TTL못지않은 제품군을 형성하고 있다.

CMOS

특징 : MOS-FET를 사용하여 논리게이트를 구성

    소비전력이 매우 적고 잡음 여유도가 크다

    동작속도가 TTL에 비해 느리다.

    사용주파수가 TTL에 비해 낮다.

    정전기에 약하다.(정전기 보호회로 내장)

    온도 변화에 약하다.

+3V ~ +18V 의 전원전압에서 동작

잡음 여유도가 높다.

참고로 NOT게이트 6개를 내장하고있는 4069를 보자.

CMOS의 논리 레벨

CMOS 역시 TTL과 마찬가지로 H레벨과L레벨을 인식하는 전압의 범위가 정해져 있으며 다음 그림과 같다.

CMOS 논리 레벨

CMOS의 입.출력 전류 조건은 TTL에 비해 매우 우수한 특성을 가지고 있다.

• CMOS의 입력핀에는 H,L레벨에 관계없이 거의 전류가 흐르지 않는다.
• CMOS의 출력핀이 H레벨일 때에는 CMOS로부터 유출전류가 흘러나온다.(약 5㎃정도)
• CMOS의 출력핀이 L레벨일 때에는 CMOS쪽으로 유입전류가 흘러들어온다.(약 5㎃정도)

CMOS 입.출력 전류

[온리원 참]

전달:
㊗️🧧합니다.

🏠페스탈로찌 교감선생님
께서
공부 시켜 주셔서 감사
합니다!'🍃💕

페스탈로찌 교감선생님을 만나시는 사람마다 얼굴에 웃음잃지 아니하게 하옵시고

천하이방인 까지도 얼굴에 웃음꽃이 넘쳐나게 하옵소서.
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[온리원 참]

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🏡2022년 재경안동향우회 송년의밤"

날마다
애국 애족 애향 하시는 재경안동향우회
김영식 회장님 그리고'
추위에 아량곳하지 않으시고 수고 마니하신
임원진 모두가 감사 합니다.

안방에서 편안하게 행사 진행 사진글 읽으면서 콧등도 눈시울도 시큰둥 하게 만드신
🏝권 옥희 시인님 그저 그저 감사 합니다.

다가오는
2023년에도 달리실길 다 달려가시는 금싸라기 향우님을
응원 합니다.⤵️
https://m.cafe.daum.net/andongji/MnFB/774?svc=cafeapp
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