Серия интегральных схем 7400: история и эволюция.

Введение

Серия интегральных схем с транзистор-транзисторной логикой

Серия 7400 – популярное логическое семейство интегральных схем (ИС) с транзистор-транзисторной логикой (TTL). В 1964 году компания Texas Instruments представила серию логических микросхем SN5400 в керамическом полупроводниковом корпусе. В 1966 году была представлена недорогая серия SN7400 в пластиковом корпусе, которая быстро завоевала более 50% рынка логических микросхем и со временем стала де-факто стандартизированными электронными компонентами. На протяжении десятилетий появилось множество поколений совместимых по выводам семейств, включающих поддержку низкопотребляющей CMOS-технологии, пониженное напряжение питания и корпуса для поверхностного монтажа.

Семьи

Детали серии 7400 были изготовлены с использованием биполярных транзисторов (BJT), формируя так называемую логику транзистор-транзистор или TTL. Более новые серии, в большей или меньшей степени совместимые по функциям и логическим уровням с оригинальными деталями, используют технологию CMOS или их комбинацию (BiCMOS). Изначально биполярные схемы обеспечивали более высокую скорость, но потребляли больше энергии, чем конкурирующая серия 4000 устройств CMOS. Биполярные устройства также ограничены фиксированным напряжением питания, обычно 5 В, в то время как детали CMOS часто поддерживают диапазон напряжений питания. Устройства, соответствующие военным спецификациям (Milspec), для использования в расширенном температурном диапазоне доступны в серии 5400. Texas Instruments также производила радиационно-стойкие устройства с префиксом RSN, а компания предлагала кристаллы с выводами для интеграции в гибридные схемы с обозначением BL. Детали TTL с обычной скоростью также были доступны некоторое время в серии 6400 – они имели расширенный промышленный температурный диапазон от -40 °C до +85 °C. В то время как такие компании, как Mullard, указывали совместимые детали серии 6400 в технических описаниях 1970 года, к 1973 году в справочнике данных Texas Instruments TTL не было упоминаний о семействе 6400. Texas Instruments вернула серию 6400 в 1989 году для SN64BCT540. Серия SN64BCTxxx все еще производится по состоянию на 2023 год. Некоторые компании также предлагали промышленные варианты с расширенным температурным диапазоном, используя стандартные номера деталей серии 7400 с префиксом или суффиксом для обозначения температурного класса. Поскольку интегральные схемы серии 7400 изготавливались по разным технологиям, обычно сохранялась совместимость с оригинальными логическими уровнями TTL и напряжениями питания. Интегральная схема, изготовленная по технологии CMOS, не является чипом TTL, поскольку она использует полевые транзисторы (FET), а не биполярные транзисторы (BJT), но аналогичные номера деталей сохраняются для идентификации схожих логических функций и электрической совместимости (по мощности и напряжению ввода-вывода) в различных подсемействах. Более 40 различных логических подсемейств используют эту стандартизированную схему нумерации. Триггеры Шмитта на всех входах. Эквивалент 74AHC. Семейство 74S, использующее схему Шоттки, потребляет больше энергии, чем 74, но быстрее. Семейство 74LS – это версия с пониженным энергопотреблением семейства 74S, с немного более высокой скоростью, но меньшей рассеиваемой мощностью, чем у оригинального семейства 74; оно стало самым популярным вариантом, как только стало широко доступным. Многие интегральные схемы 74LS можно найти в микрокомпьютерах и цифровой бытовой электронике, произведенной в 1980-х и начале 1990-х годов. Семейство 74F было представлено компанией Fairchild Semiconductor и принято другими производителями; оно быстрее семейств 74, 74LS и 74S. В конце 1980-х и 1990-х годов были представлены новые версии этого семейства для поддержки более низких рабочих напряжений, используемых в новых процессорах. + Характеристики выбранных семейств серии 7400 (V = 5 В) Параметр 74C 74HC 74AC 74HCT 74ACT Единицы V (мин) 3,5 2,0 В V (мин) 4,5 4,9 В V (макс) 1,5 1,0 1,5 0,8 В V (макс) 0,5 0,1 В I (макс) 1 мкА I (макс) 1 мкА I (макс) 0,4 4,0 24 4,0 24 мА I (макс) 0,4 4,0 24 4,0 24 мА T (макс) 50 8 4,7 8 4,7 нс

7400 series parts were constructed using bipolar junction transistors (BJT), forming what is referred to as transistor–transistor logic or TTL. Newer series, more or less compatible in function and logic level with the original parts, use CMOS technology or a combination of the two (BiCMOS). Originally the bipolar circuits provided higher speed but consumed more power than the competing 4000 series of CMOS devices. Bipolar devices are also limited to a fixed power supply voltage, typically 5 V, while CMOS parts often support a range of supply voltages. Milspec rated devices for use in extended temperature conditions are available as the 5400 series. Texas Instruments also manufactured radiation hardened devices with the prefix RSN, and the company offered beam lead bare dies for integration into hybrid circuits with a BL prefix designation. Regular speed TTL parts were also available for a time in the 6400 series – these had an extended industrial temperature range of −40 °C to +85 °C. While companies such as Mullard listed 6400 series compatible parts in 1970 data sheets, by 1973 there was no mention of the 6400 family in the Texas Instruments TTL Data Book. Texas Instruments brought back the 6400 series in 1989 for the SN64BCT540. The SN64BCTxxx series is still in production as of 2023. Some companies have also offered industrial extended temperature range variants using the regular 7400 series part numbers with a prefix or suffix to indicate the temperature grade. As integrated circuits in the 7400 series were made in different technologies, usually compatibility was retained with the original TTL logic levels and power supply voltages. An integrated circuit made in CMOS is not a TTL chip, since it uses field effect transistors (FETs) and not bipolar junction transistors (BJT), but similar part numbers are retained to identify similar logic functions and electrical (power and I/O voltage) compatibility in the different subfamilies. Over 40 different logic subfamilies use this standardized part number scheme. | Schmitt triggers on all inputs. Equivalent to 74AHC. The 74S family, using Schottky circuitry, uses more power than the 74, but is faster. The 74LS family of ICs is a lower power version of the 74S family, with slightly higher speed but lower power dissipation than the original 74 family; it became the most popular variant once it was widely available. Many 74LS ICs can be found in microcomputers and digital consumer electronics manufactured in the 1980s and early 1990s. The 74F family was introduced by Fairchild Semiconductor and adopted by other manufacturers; it is faster than the 74, 74LS and 74S families. Through the late 1980s and 1990s newer versions of this family were introduced to support the lower operating voltages used in newer CPU devices. + Characteristics of selected 7400 series families (V = 5 V) Parameter 74C 74HC 74AC 74HCT 74ACT Units V (min) 3.5 2.0 V V (min) 4.5 4.9 V V (max) 1.5 1.0 1.5 0.8 V V (max) 0.5 0.1 V I (max) 1 μA I (max) 1 μA I (max) 0.4 4.0 24 4.0 24 mA I (max) 0.4 4.0 24 4.0 24 mA T (max) 50 8 4.7 8 4.7 ns