CMOS vs. TTL-Logik: Unterschiede erklärt

TTL (Transistor-Transistor-Logik) baut Gatter aus Bipolartransistoren auf und war seit den 1960er-Jahren die Standardfamilie der Digitaltechnik. CMOS baut Gatter aus komplementären MOS-Transistoren auf und hat TTL inzwischen fast überall abgelöst. Der große Unterschied liegt im Stromverbrauch: Ein CMOS-Gatter nimmt kaum Strom auf, wenn es nicht schaltet, ein TTL-Gatter dagegen ständig. CMOS verträgt zudem einen weiten Versorgungsspannungsbereich, hat größere Störabstände und lässt sich zu Milliarden auf einem Chip integrieren.

Aspekt	TTL	CMOS
Transistoren	Bipolartransistoren, mit Multi-Emitter-Eingangstransistoren	Komplementäre nMOS- und pMOS-Transistoren
Statische Leistung	Hoch: Auch im Ruhezustand fließt Strom	Sehr niedrig: nur Leckstrom
Versorgungsspannung	Fest 5 V (etwa plus/minus 5 Prozent)	Weiter Bereich, je nach Familie von etwa 1 V bis 15 V
Logikpegel	Low bis etwa 0,8 V und High ab etwa 2,0 V	Etwa 30 Prozent und 70 Prozent der Versorgungsspannung
Störabstand	Klein (etwa 0,4 V)	Groß (etwa 30 Prozent der Versorgung)
Ausgangshub	Erreicht die Versorgungsschienen nicht vollständig	Schwingt vollständig zwischen Masse und Versorgung
Eingänge	Ziehen Strom; ein offener Eingang liegt auf High	Ziehen kaum Strom, aber unbenutzte Eingänge müssen auf einen Pegel gelegt werden
Geschwindigkeit	Zu ihrer Zeit schnell (Familien 74S, 74F)	Gleich schnell oder schneller in modernen Familien
Integrationsdichte	Niedrig, wegen der Leistungsaufnahme	Sehr hoch: die Grundlage von VLSI
Typische Einsatzgebiete	Altsysteme, Ausbildung und alte Geräte	Nahezu alle modernen Digitalchips, einschließlich Prozessoren und Speicher

Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.

Wann welches einsetzen

TTL: Findet sich überwiegend in Altentwürfen und bei der Reparatur alter Geräte.
CMOS: Die Wahl für praktisch jeden neuen Digitalentwurf.
Gemischt: Einige CMOS-Familien (etwa 74HCT) akzeptieren TTL-Eingangspegel und lassen sich daher mit älteren TTL-Bausteinen verbinden.

FAQ

Warum verbraucht CMOS weniger Strom als TTL?

Ein CMOS-Gatter nimmt kaum Strom auf, wenn es nicht schaltet, weil einer seiner zwei komplementären Transistoren immer sperrt. Ein TTL-Gatter nimmt ständig Strom auf.

Was bedeutet 74HCT?

Es ist eine CMOS-Familie mit TTL-kompatiblen Eingangspegeln und lässt sich daher mit älteren TTL-Bausteinen verbinden.

Müssen unbenutzte CMOS-Eingänge beschaltet werden?

Ja. CMOS-Eingänge ziehen kaum Strom, ein offener Eingang schwebt daher und kann unberechenbares Verhalten und zusätzlichen Stromverbrauch verursachen. Legen Sie ihn auf Masse oder auf die Versorgung.

Wird TTL noch verwendet?

Selten. Es taucht in Altentwürfen und alten Geräten auf, während nahezu alle modernen Digitalchips CMOS verwenden.

Wichtige Begriffe erklärt

CMOS: Eine Schaltungstechnik, die nMOS- und pMOS-Transistoren komplementär kombiniert. Im statischen Zustand fließt kaum Strom, daher ist der Stromverbrauch gering.