Gali būti keista žinoti, kad „lauko efekto tranzistoriaus“ patentas buvo sukurtas prieš dvipolį tranzistorių sukūrimą mažiausiai dvidešimt metų. Tačiau bipolinius tranzistorius komerciniu požiūriu buvo greičiau užfiksuoti, o pirmasis iš bipolinių tranzistorių pagamintas lustas pasirodė 1960-aisiais, o devintajame dešimtmetyje MOSFET gamybos technologija buvo tobulinama ir netrukus aplenkė savo bipolinius pusbrolius.
Po to, kai 1947 m. Buvo išrastas taškinis kontaktinis tranzistorius, viskas pradėjo greitai judėti. Pirmiausia kitais metais buvo išrastas pirmasis bipolinis tranzistorius. Tada 1958 m. Jackas Kilby sugalvojo pirmąją integruotą grandinę, kuri uždėjo daugiau nei vieną tranzistorių ant tos pačios formos. Po vienuolikos metų „Apollo 11“ nusileido Mėnulyje, dėka revoliucinio „Apollo Guidance Computer“, kuris buvo pirmasis pasaulyje įterptasis kompiuteris. Jis buvo pagamintas naudojant primityvias dvigubas trijų įėjimų NOR vartų IC, kurias sudarė tik 3 tranzistoriai viename varte.
Tai sukėlė populiarias TTL (Transistor-Transistor Logic) loginių lustų serijas, kurios buvo sukonstruotos naudojant bipolinius tranzistorius. Šie lustai veikė 5 V įtampa ir galėjo veikti iki 25MHz greičiu.
Netrukus jie užleido vietą užfiksuotai „Schottky“ tranzistoriaus logikai, kuri prie pagrindo ir kolektoriaus pridėjo „Schottky“ diodą, kad būtų išvengta prisotinimo, o tai žymiai sumažino saugojimo krūvį ir sutrumpino perjungimo laiką, o tai savo ruožtu sumažino laikymo krūvio sukeltą delsimą.
Kita bipolinio tranzistoriaus logikos serija buvo ECL („Emitter Coupled Logic“) serija, veikianti esant neigiamai įtampai, iš esmės veikiančiai „atgal“, palyginti su standartiniais TTL analogais, ECL gali veikti iki 500 MHz.
Maždaug tuo metu buvo pristatyta CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) logika. Jis naudojo tiek N, tiek P kanalų įrenginius, todėl šis pavadinimas papildė.
TTL VS CMOS: privalumai ir trūkumai
Pirmasis ir labiausiai kalbamas yra energijos suvartojimas - TTL sunaudoja daugiau energijos nei CMOS.
Tai tiesa ta prasme, kad TTL įvestis yra tik bipolinio tranzistoriaus pagrindas, kuriam įjungti reikia tam tikros srovės. Įvesties srovės dydis priklauso nuo viduje esančios grandinės, nusileidžiančios iki 1,6 mA. Tai tampa problema, kai daugelis TTL įėjimų yra prijungti prie vieno TTL išėjimo, kuris paprastai yra tik traukos rezistorius arba gana prastai valdomas aukštos pusės tranzistorius.
Kita vertus, CMOS tranzistoriai yra lauko efektas, kitaip tariant, pakanka elektrinio lauko buvimo prie vartų, kad puslaidininkių kanalas būtų paveiktas laidumu. Teoriškai srovė nenuimama, išskyrus mažą vartų nuotėkio srovę, kuri dažnai būna piko arba nanoampo tvarka. Tačiau tai nereiškia, kad tas pats mažas srovės suvartojimas galioja net ir didesniu greičiu. CMOS lusto įvestis turi tam tikrą talpą, taigi ir ribotą pakilimo laiką. Norint įsitikinti, ar aukštas dažnis yra greitas, reikalinga didelė srovė, kuri gali būti kelių amperų dažniu MHz arba GHz dažniu. Ši srovė sunaudojama tik tada, kai įvestis turi pakeisti būseną, skirtingai nei TTL, kai signale turi būti įstrižinė srovė.
Kalbant apie rezultatus, CMOS ir TTL turi savų privalumų ir trūkumų. TTL išėjimai yra toteminiai stulpeliai arba traukikliai. Naudojant toteminį stulpą, išėjimas gali svyruoti tik 0,5 V bėgių ribose. Tačiau išvesties srovės yra daug didesnės nei jų CMOS analogų. Tuo tarpu CMOS išėjimai, kuriuos galima palyginti su įtampa valdomais rezistoriais, gali tiekti milivoltais tiekimo bėgių, priklausomai nuo apkrovos. Tačiau išėjimo srovės yra ribotos, dažnai jų vos pakanka vairuoti šviesos diodų.
Dėl mažesnių dabartinių reikalavimų CMOS logika labai tinka miniatiūrizacijai, nes milijonus tranzistorių galima supakuoti į mažą plotą, o dabartinis reikalavimas nėra nepraktiškai didelis.
Kitas svarbus TTL pranašumas prieš CMOS yra jo tvirtumas. Lauko tranzistoriai priklauso nuo plono silicio oksido sluoksnio tarp vartų ir kanalo, kad būtų užtikrinta jų izoliacija. Šis oksido sluoksnis yra nanometrų storio ir turi labai mažą gedimo įtampą, retai viršijančią 20 V net ir didelės galios FET. Dėl to CMOS yra labai jautri elektrostatinei iškrovai ir viršįtampiui. Jei įėjimai paliekami plūduriuojantys, jie lėtai kaupia krūvį ir sukelia netikrus išėjimo būsenos pokyčius, todėl CMOS įėjimai paprastai yra traukiami aukštyn, žemyn arba įžeminami. TTL šios problemos dažniausiai nepatiria, nes įvestis yra tranzistoriaus bazė, veikianti labiau kaip diodas ir dėl mažesnės impedanso, mažiau jautri triukšmui.
TTL AR CMOS? Kuris geresnis?
CMOS logika beveik visais būdais pakeitė TTL. Nors TTL lustai vis dar yra, nėra jokio pranašumo juos naudojant.
Tačiau TTL įvesties lygiai yra šiek tiek standartizuoti, o daugelyje loginių įėjimų vis dar sakoma „suderinamas su TTL“, todėl CMOS, užtikrinantis suderinamumą su TTL išvesties pakopa, nėra retas atvejis. Bendras CMOS yra aiškus naudingumo laimėtojas.
TTL logikos šeima naudoja bipolinius tranzistorius loginėms funkcijoms atlikti, o CMOS naudoja lauko tranzistorius. CMOS paprastai sunaudoja daug mažiau energijos, nepaisant to, kad yra jautresnė nei TTL. CMOS ir TTL iš tikrųjų negali būti keičiamos tarpusavyje, o esant mažos galios CMOS lustams, TTL šiuolaikiniame dizaine naudojamas retai.