TTL

Die Bezeichnung TTL ist eine Abkürzung für 'Transistor-Transistor-Logic'. Bei der TTL-Bausteinfamilie werden als aktive Elemente nur Transistoren verwendet, die im Sättigungsbereich betrieben werden. Die Eingangsstufen weisen meist Mehrfachemitter auf, die Ausgangsstufen werden meist durch Gegentaktschaltungen gebildet. Typische Gatterverzögerungszeiten liegen um 10 ns. Es gibt eine Reihe von Untergruppen der TTL-Familie, die unterschiedlich schnell sind und unterschiedlich viel Strom benötigen. Die wichtigsten Gruppen sind Schottky-TTL (S-TTL) und Low-Power-Schottky-TTL (LS-TTL). Bei diesen Bauelementen liegen Schottky-Dioden parallel zu den Basis-Kollektor-Strecken, was eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit bewirkt. Die LS-TTL-Gruppe ist die am häufigsten eingesetzte Variante der TTL-Familie.

Die notwendigen Eingangsströme und die maximal möglichen Ausgangsströme werden nicht in mA angegeben, sondern in 'Unit-Loads'. Die Unit-Load ist für LOW-Pegel und HIGH-Pegel unterschiedlich definiert und beträgt für den L-Pegel 1.6 mA und für den H-Pegel 40 µA. Durch dieses Konzept ist es möglich die Stromaufnahme eines Eingangs, bzw. die Belastungsfähigkeit eines Ausgangs, relativ als Eingangslastfaktor (Fan-In) bzw. als Ausgangslastfaktor (Fan-Out) anzugeben. Die typischen Werte für Fan-In und Fan-Out hängen von der Bausteinfamilie ab und liegen im Bereich zwischen 10 und 50.

Open-Collector Ausgang

Kombination zweier Open-Collector Ausgänge zu einem "Wired AND".

Für manche schaltungstechnischen Probleme ist der in TTL-Schaltungen vorhandene Ausgangstreiber nachteilig, da er an die vorgegebenen Spannungspegel gebunden ist und auch nicht mit anderen Ausgängen parallel geschaltet werden kann. Daher hat man für die wichtigsten Gatter auch Bausteine geschaffen, deren Ausgangstransistoren einen offenen Kollektor besitzen. Diese Bausteine dürfen parallel geschaltet werden und können auch Spannungspegel, die größer sind als die bei TTL-Familien definierten Werte (bis zu 30 V), schalten. Die Parallelschaltung von mehreren Bausteinen mit offenem Kollektor entspricht einem logischen UND, man nennt dies auch 'verdrahtetes UND' (wired AND). Das verdrahtete UND ist von großem Vorteil, wenn viele Ausgänge durch ein logisches UND verknüpft werden sollen.

Open-Collector-Ausgänge benötigen zur korrekten Funktion einen Pull-Up-Widerstand, der den jeweiligen Ausgang mit der Versorgungsspannung verbindet (typ. 1 kΩ). Die Anstiegszeiten von Open Collector-Ausgängen sind länger und hängen vom Pull-Up-Widerstand ab.

Tri-State Ausgang

In Bussystemen, wo mehrere Ausgänge auf einer Signalleitung liegen, ist die Verwendung von sogenannten Tri-State-Ausgängen unumgänglich. Man könnte zwar auch Open-Collector-Ausgänge verwenden, diese sind jedoch für Bussysteme zu langsam. Tri-State-Ausgänge weisen hingegen die normale Arbeitsgeschwindigkeit von TTL-Ausgängen auf.

Ein Tri-State-Ausgang kann über eine Steuerleitung in den hochohmigen Zustand versetzt werden, so dass er keinen Einfluss mehr auf die angeschlossene Signalleitung hat. Im eingeschalteten Zustand verhält er sich wie ein normaler TTL-Ausgang. Wenn man nun Vorkehrungen trifft, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt immer nur ein Tri-State-Ausgang eingeschaltet wird, so kann man mehrere Ausgänge parallel schalten.