อาจเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจที่ทราบว่าสิทธิบัตรของ 'ทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์' มีมาก่อนการสร้างทรานซิสเตอร์สองขั้วอย่างน้อยยี่สิบปี อย่างไรก็ตามทรานซิสเตอร์สองขั้วสามารถจับได้เร็วกว่าในเชิงพาณิชย์ด้วยชิปตัวแรกที่ทำจากทรานซิสเตอร์สองขั้วที่ปรากฏในทศวรรษที่ 1960 ด้วยเทคโนโลยีการผลิต MOSFET ที่สมบูรณ์แบบในช่วงปี 1980 และแซงหน้าญาติสองขั้วของพวกเขาในไม่ช้า
หลังจากที่ทรานซิสเตอร์แบบจุดสัมผัสถูกประดิษฐ์ขึ้นในปีพ. ศ. 2490 สิ่งต่างๆก็เริ่มเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว สิ่งแรกคือการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์สองขั้วตัวแรกในปีต่อมา จากนั้นในปีพ. ศ. 2501 Jack Kilby ได้สร้างวงจรรวมตัวแรกที่ใส่ทรานซิสเตอร์มากกว่าหนึ่งตัวในแม่พิมพ์เดียวกัน สิบเอ็ดปีต่อมา Apollo 11 ได้ลงจอดบนดวงจันทร์ด้วยคอมพิวเตอร์ Apollo Guidance ที่ปฏิวัติวงการซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ฝังตัวเครื่องแรกของโลก มันถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไอซีเกต NOR gate แบบสามอินพุทแบบดั้งเดิมซึ่งประกอบด้วยทรานซิสเตอร์เพียง 3 ตัวต่อเกต
สิ่งนี้ทำให้เกิดชุดชิปลอจิก TTL (ทรานซิสเตอร์ - ทรานซิสเตอร์ - ทรานซิสเตอร์) ซึ่งเป็นที่นิยมซึ่งสร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์สองขั้ว ชิปเหล่านี้ใช้งาน 5V และสามารถทำงานด้วยความเร็วสูงถึง 25MHz
ในไม่ช้าสิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดตรรกะของทรานซิสเตอร์แบบหนีบ Schottky ซึ่งเพิ่มไดโอด Schottky ข้ามฐานและตัวสะสมเพื่อป้องกันความอิ่มตัวซึ่งช่วยลดประจุในการจัดเก็บและลดเวลาในการเปลี่ยนซึ่งจะช่วยลดความล่าช้าในการแพร่กระจายที่เกิดจากการเก็บประจุ
ลอจิกที่ใช้ทรานซิสเตอร์สองขั้วอีกชุดหนึ่งคือชุดECL (Emitter Coupled Logic)ซึ่งทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าเชิงลบโดยพื้นฐานแล้วจะทำงาน 'ถอยหลัง' เมื่อเทียบกับ ECL คู่มาตรฐาน TTL ของพวกเขาสามารถทำงานได้ถึง 500MHz
ในช่วงเวลานี้มีการนำตรรกะCMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)มาใช้ ใช้ทั้งอุปกรณ์ N-channel และ P-channel ดังนั้นจึงเป็นชื่อเสริม
TTL VS CMOS: ข้อดีและข้อเสีย
สิ่งแรกและพูดถึงมากที่สุดคือการใช้พลังงาน - TTL ใช้พลังงานมากกว่า CMOS
นี่เป็นความจริงในแง่ที่อินพุต TTL เป็นเพียงฐานของทรานซิสเตอร์สองขั้วซึ่งต้องการกระแสไฟฟ้าเพื่อเปิดใช้งาน ขนาดของกระแสไฟฟ้าเข้าขึ้นอยู่กับวงจรภายในซึ่งจมได้ถึง 1.6mA สิ่งนี้จะกลายเป็นปัญหาเมื่ออินพุต TTL จำนวนมากเชื่อมต่อกับเอาต์พุต TTL หนึ่งตัวซึ่งโดยปกติจะเป็นเพียงตัวต้านทานแบบพูลอัพหรือทรานซิสเตอร์ด้านสูงที่ขับเคลื่อนได้ค่อนข้างแย่
ในทางกลับกันทรานซิสเตอร์ CMOS เป็นผลของสนามกล่าวอีกนัยหนึ่งคือการมีสนามไฟฟ้าที่ประตูก็เพียงพอที่จะส่งผลต่อช่องเซมิคอนดักเตอร์ในการนำกระแส ตามทฤษฎีแล้วจะไม่มีการดึงกระแสยกเว้นกระแสไฟฟ้ารั่วขนาดเล็กของประตูซึ่งมักจะเรียงตามลำดับของพิโก - หรือนาโนแอมป์ อย่างไรก็ตามนี่ไม่ได้หมายความว่าการใช้กระแสไฟฟ้าต่ำเท่ากันจะเป็นจริงแม้จะใช้ความเร็วสูงกว่าก็ตาม อินพุตของชิป CMOS มีความจุอยู่บ้างดังนั้นจึงมีเวลาเพิ่มขึ้นอย่าง จำกัด เพื่อให้แน่ใจว่าเวลาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ความถี่สูงจำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ซึ่งอาจเรียงตามลำดับของแอมป์หลายตัวที่ความถี่ MHz หรือ GHz กระแสนี้จะใช้เฉพาะเมื่ออินพุตต้องเปลี่ยนสถานะซึ่งแตกต่างจาก TTL ที่กระแสไบแอสจะต้องมีอยู่พร้อมกับสัญญาณ
เมื่อพูดถึงเอาต์พุต CMOS และ TTL มีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง เอาต์พุต TTL เป็นเสาโทเท็มหรือพูลอัพ ด้วยเสาโทเท็มเอาท์พุตสามารถแกว่งได้ภายใน 0.5V ของรางเท่านั้น อย่างไรก็ตามกระแสเอาต์พุตสูงกว่า CMOS มาก ในขณะเดียวกันเอาต์พุต CMOS ซึ่งสามารถเปรียบเทียบกับตัวต้านทานแบบควบคุมแรงดันไฟฟ้าสามารถส่งออกภายในมิลลิโวลต์ของรางจ่ายขึ้นอยู่กับโหลด อย่างไรก็ตามกระแสเอาต์พุตมี จำกัด ซึ่งมักจะไม่เพียงพอที่จะขับเคลื่อน LED สองสามดวง
ด้วยข้อกำหนดในปัจจุบันที่น้อยลงตรรกะ CMOS จึงช่วยให้สามารถย่อขนาดได้เป็นอย่างดีโดยทรานซิสเตอร์หลายล้านตัวสามารถบรรจุลงในพื้นที่ขนาดเล็กได้โดยที่ความต้องการในปัจจุบันไม่สูงมาก
ที่สำคัญอีกประโยชน์ TTL มีมากกว่า CMOS เป็นของความรุนแรงทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์ขึ้นอยู่กับชั้นซิลิคอนออกไซด์บาง ๆ ระหว่างประตูและช่องสัญญาณเพื่อให้เกิดการแยกระหว่างกัน ชั้นออกไซด์นี้มีความหนาเป็นนาโนเมตรและมีแรงดันไฟฟ้าย่อยสลายน้อยมากแทบจะไม่เกิน 20V แม้ใน FET ที่มีกำลังสูง สิ่งนี้ทำให้ CMOS มีความอ่อนไหวต่อการเกิดไฟฟ้าสถิตและแรงดันไฟฟ้าเกิน หากอินพุตถูกปล่อยให้ลอยอยู่พวกมันจะสะสมประจุอย่างช้าๆและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะเอาต์พุตปลอมซึ่งเป็นสาเหตุที่อินพุต CMOS มักจะดึงขึ้นลงหรือต่อสายดิน TTL ไม่ประสบปัญหานี้เป็นส่วนใหญ่เนื่องจากอินพุตเป็นฐานทรานซิสเตอร์ซึ่งทำหน้าที่เหมือนไดโอดมากกว่าและมีความไวต่อสัญญาณรบกวนน้อยกว่าเนื่องจากมีอิมพีแดนซ์ต่ำกว่า
TTL หรือ CMOS? ไหนดีกว่ากัน?
ตรรกะ CMOS เข้ามาแทนที่ TTL ในเกือบทุกทาง แม้ว่าชิป TTL จะยังคงมีอยู่ แต่ก็ไม่มีข้อได้เปรียบที่แท้จริงในการใช้งาน
อย่างไรก็ตามระดับอินพุต TTL ค่อนข้างเป็นมาตรฐานและอินพุตลอจิกจำนวนมากยังคงระบุว่า 'เข้ากันได้กับ TTL' ดังนั้นการมี CMOS ที่ขับเคลื่อนขั้นตอนเอาต์พุต TTL สำหรับความเข้ากันได้จึงไม่ใช่เรื่องแปลก CMOS โดยรวมเป็นผู้ชนะที่ชัดเจนเมื่อพูดถึงยูทิลิตี้
ครอบครัวตรรกะ TTL ใช้ทรานซิสเตอร์สองขั้วในการปฏิบัติหน้าที่ตรรกะและ CMOS ใช้ข้อมูลผลทรานซิสเตอร์CMOS โดยทั่วไปจะใช้พลังงานน้อยกว่ามากแม้ว่าจะไวกว่า TTL ก็ตาม CMOS และ TTL ไม่สามารถใช้แทนกันได้จริง ๆ และด้วยความพร้อมของชิป CMOS ที่ใช้พลังงานต่ำการใช้ TTL ในการออกแบบที่ทันสมัยจึงหาได้ยาก