Могло би бити изненађујуће знати да је патент за „транзистор са пољским ефектом“ пре стварања биполарног транзистора био пре најмање двадесет година. Међутим, биполарни транзистори су се брже комерцијално ухватили, први чип направљен од биполарних транзистора појавио се 1960-их, а технологија производње МОСФЕТ-а усавршена је 1980-их и убрзо је претекла своје биполарне рођаке.
Након што је 1947. изумљен тачкасти контактни транзистор, ствари су почеле да се крећу брзо. Прво је дошло до проналаска првог биполарног транзистора следеће године. Тада је 1958. Јацк Килби смислио прво интегрисано коло које је ставило више транзистора на исту матрицу. Једанаест година касније, Аполло 11 слетео је на Месец, захваљујући револуционарном Аполло Гуиданце Цомпутер-у, који је био први уграђени рачунар на свету. Израђена је применом примитивних двоструких ИЦ-а са три улаза НОР, која су се састојала од само 3 транзистора по капији.
То је довело до популарне ТТЛ (Трансистор-Трансистор Логиц) серије логичких чипова, који су конструисани помоћу биполарних транзистора. Ови чипови су радили на 5В и могли су радити на брзинама до 25МХз.
Они су убрзо уступили место Сцхоттки стегнутој транзисторској логици, која је додала Сцхоттки диоду преко базе и колектора како би спречила засићење, што је у великој мери смањило пуњење складишта и смањило време укључивања, што је заузврат смањило кашњење ширења изазвано пуњењем складишта.
Друга серија логике засноване на биполарним транзисторима била је ЕЦЛ (Емитер Цоуплед Логиц) серија која је радила на негативним напонима, у основи радећи „уназад“ у поређењу са њиховим стандардним ТТЛ колегама, ЕЦЛ је могао радити и до 500 МХз.
Отприлике у то време уведена је логика ЦМОС (Цомплементари Метал Окиде Семицондуцтор). Користио је и Н-канални и П-канални уређај, па отуда и назив комплементаран.
ТТЛ ВС ЦМОС: Предности и недостаци
Прва о којој се највише говори је потрошња енергије - ТТЛ троши више енергије од ЦМОС-а.
Ово је тачно у смислу да је ТТЛ улаз само база биполарног транзистора, којем је потребна нека струја да га укључи. Величина улазне струје зависи од струјног круга који тоне до 1,6 мА. То постаје проблем када је много ТТЛ улаза повезано на један ТТЛ излаз, који је обично само извлачни отпорник или прилично лоше вођен транзистор са високе стране.
С друге стране, ЦМОС транзистори имају ефекат поља, другим речима, присуство електричног поља на капији је довољно да утиче на проводнички канал полупроводника. У теорији се не вуче струја, осим мале струје цурења капија, која је често у редоследу пико- или наноампера. Међутим, то не значи да иста иста потрошња струје важи чак и за веће брзине. Улаз ЦМОС чипа има одређени капацитет, а самим тим и коначно време пораста. Да би се осигурало да је време пораста брзо на високим фреквенцијама, потребна је велика струја која може бити реда неколико појачала на фреквенцијама МХз или ГХз. Ова струја се троши само када улаз мора да промени стање, за разлику од ТТЛ где струја пристрасности мора бити присутна са сигналом.
Што се тиче излаза, ЦМОС и ТТЛ имају своје предности и недостатке. ТТЛ излази су или тотем стуб или извлачења. Са тотем стубом, излаз се може окретати само унутар 0,5 В од шина. Међутим, излазне струје су много веће од њихових ЦМОС колега. У међувремену, ЦМОС излази, који се могу упоредити са отпорима под напоном, могу излазити унутар миливолта од опскрбних шина, у зависности од оптерећења. Међутим, излазне струје су ограничене, често једва довољне за погон неколико ЛЕД диода.
Захваљујући мањим тренутним захтевима, ЦМОС логика се врло добро подвргава минијатуризацији, с тим што милиони транзистора могу да се спакују на мало подручје, а да тренутни захтеви нису непрактично високи.
Још једна важна предност коју ТТЛ има у односу на ЦМОС је његова робусност. Транзистори са ефектом поља зависе од танког слоја силицијум-оксида између капије и канала како би се обезбедила изолација између њих. Овај оксидни слој је дебео нанометара и има врло мали напон пробоја, који ретко прелази 20В чак и код ФЕТ-ова велике снаге. Ово чини ЦМОС врло подложним електростатичком пражњењу и пренапону. Ако се улази плове, они полако акумулирају наелектрисање и узрокују лажне промене стања излаза, због чега се ЦМОС улази обично повлаче, надоле или уземљују. ТТЛ углавном не трпи овај проблем, јер је улаз база транзистора, која делује више попут диоде и мање је осетљива на буку због своје ниже импедансе.
ТТЛ ИЛИ ЦМОС? Које је боље?
ЦМОС логика је у готово сваком погледу заменила ТТЛ. Иако су ТТЛ чипови још увек доступни, нема стварне предности у њиховом коришћењу.
Међутим, нивои ТТЛ улаза су донекле стандардизовани и многи логички улази и даље кажу „ТТЛ компатибилан“, па зато ЦМОС који покреће ТТЛ излазну фазу ради компатибилности није необично. Свеукупно ЦМОС је јасан победник када је реч о корисности.
Породица ТТЛ логике користи биполарне транзисторе за обављање логичких функција, а ЦМОС транзисторе са ефектом поља. ЦМОС углавном троши много мање енергије, упркос томе што је осетљивији од ТТЛ-а. ЦМОС и ТТЛ заправо нису заменљиви, а с обзиром на доступност ЦМОС чипова мале снаге, употреба ТТЛ-а у модерном дизајну је ретка.