La porte DTL fut le premier
pas vers la production de masse des circuits intégrés logiques. Le
schéma est simple et son emploi également. Une version à haute
immunité au bruit pour les milieux industriels sortira plus tard où
la diode D3 sur le schéma ci dessus est remplacé par une diode zener.
La HL DTL (high level DTL) qui est alimentée en 12 volts..
Le besoin des utilisateurs est constant: plus de vitesse moins de
consommation. ces deux critères sont souvent antinomiques La fiche ( les circuits intégrés en général)
décrit les défauts entraînés par les capacités parasites des
jonctions et la nécessité de trouver des chemins de charge de ces
capacité. La structure TTL apporte quelques réponses.
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James
Buie (1920 - 1988) concepteur
du circuit TTL En 1954 il est
employé chez Pacific
Semi-conductor où il travaille sur les circuits à
commutation rapide à l'aide de composants discrets.
En 1961 il conçoit une porte logique monolithique à entrées
sur un transistor multi-émetteur qu'il nommera TCTL et
qu'il fera breveter . La société Pacific Semiconductor
sera rachetée par TRW. Il
restera dans cette société en tant que chercheur.
Simultanément , et sans se connaître
Thomas Longo
chez Sylvania qui
travaille également sur la commutation rapide conçoit la
SUHL TTL ( Sylvania Universal High Speed Logic -
Transistor Transistor Logic ) dont la
première utilisation pratique fut dans les système de
guidage du missile Phoenix de Hugues. Cependant, ce sera le brevet de
Buie qui prévaudra. Longo rejoindra Transitron en 1964 et
Fairchild en 1970.
Commercialisée
en 1963 la logique TTL va devenir la famille la plus
courante pendant 20 ans.
En 1964 Texas Instruments sort la série 54 aux
normes militaires (gamme de température élevée -55°c +125°c
notamment) et 1966 la série 74 aux normes industrielles et
en boîtiers plastique le fameux DIP
14 boitier Dual in Line Package 14 broches.
La technologie TTL dans un premier temps sera présentée
outre les normes militaires et industrielles en trois
familles:
La TTL standard par exemple la
porte Nand à 2 entrées Texas Instrument ref SN7400
la TTL rapide (High Speed ) ref SN 74H00
qui commute plus rapidement mais consomme plus La TTL faible
consommation qui consomme moins mais qui est plus lente
SN74L00.
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Lorsqu'un transistor est
saturé il est lent à se bloquer, il faut écouler toutes les
charges contenues dans les jonctions.
Si l'utilisation
nécessite une commutation rapide, on devra s'évertuer de ne
pas saturer les transistors.
Dans une porte logique, le fan out, c'est à dire l'aptitude
d'une sortie à piloter des entrées de portes logiques est
fréquemment de 10. C'est à dire que 10 entrées de porte logique
peuvent être connectées à cette sortie. Dans la technologie TTL ou
DTL les entrées de porte au 0 logique débitent un courant dans
le transistor qui réunit ces entrées au 0 électrique. Le potentiel
au 0 doit être le plus proche possible du 0 électrique , on ne peut
descendre en dessous du Vce sat . Il est donc nécessaire que ce
transistor soit saturé qu'il passe un courant i ou 10i. Le courant
de base doit permettre la saturation du transistor pour 10i et donc
lorsqu'une seule entrée est connectée le transistor est sursaturé et
la rapidité de commutation va être pénalisée.
Une technique a été étudiée par
Orville Baker
sur
des composants discrets . Elle consiste à placer une diode au
germanium entre Base et Collecteur. En effet si on sature un
transistors NPN au silicium, la tension Collecteur Emetteur
peut tomber à 0,1V or la tension Base Emetteur peut
atteindre 0,7 voir 0,8 V il s'en suit que la tension entre
base et collecteur peut être supérieure à 0,6V . En plaçant une diode au germanium dont la tension de déchet est
de 0,2 ou 0,3 volt entre base et collecteur, une partie du courant de base sera déviée vers
le collecteur et ainsi la tension de collecteur sera
maintenue à 0,3 ou 0,4 V donc à la limite de la saturation.
Intégrer une diode au germanium sur du silicium semble difficile
mais une diode schottky qui est une jonction métal - semi-conducteur
est on ne peut plus facile voir le croquis de droite . C'est
James R Biard
(photo de droite) chercheur chez
Texas instruments qui breveta le "transistor clamped schottky"
en 1964 (on retrouvera ce chercheur sur la fiche "LED"). Ce n'est qu'en 1970 que Texas Instruments
introduira sur le marché la série 74S , 74LS puis en 1979 la série
Schottky avancée 74AS et 74ALS.

Le facteur de qualité , fdq, est
le produit de la consommation d'une porte par son temps de
propagation, plus il est petit plus la porte est performante ( en
principe)