1.8 Grundlagen der Digitaltechnik

Informatik V, Kap. 8, WS 98/99
Typ Kennbuchst. Pv / mW td / ns Pv td / pJ
Standard 4........ 0,25 bis0,03 90 bis 100 0,03 pJ / kHz
14...... uW / kHz
High Speed 74 HC...... 0,5 uW / kHz 10 bis 12 0,005 pJ / kHz
74 HCT.....
Advanced 74 AC..... 0,8 uW / kHz 3 0,002 pJ / kHz
74 ACT.....
BICMOS 74 BCT..... 1 3 120
Abb. 8. 61: CMOS-Logikfamilien
Spitzenleistungen bezüglich der Schaltgeschwindigkeit erreichen die verschiedenen GaAs-
Technologien (Abb. 8.62). In Submikron-GaAs-Technologien sind Schaltzeiten von weit unter 0,1 ns
möglich. Bei integrierten Systemen spielen dann allerdings weniger die Logik-Gatter als vielmehr die
Verbindungsleitungen zwischen den Gattern die entscheidende Rolle als verzögernde Elemente.
Schaltungstechnik Pv / mW td / ps Pv td / pJ
BFL (1 um) 10 90 0,9
BFL (0,5 um) 10 60 0,6
SDFL (1 um) 2,5 150 0,4
DCFL (10 um) 0,25 60 0,15
DCFL (1 um) 1,5 10 0,015
DCFL (0,5 um) 2,0 8 0,016
HEMT ca. 2 6 0,01
Abb. 8.62: GaAs-Schaltkreistechnik
Damit lassen sich die extrem kurzen Schaltzeiten der aktiven Elemente nicht einfach in kurze
Signallaufzeiten und hohe Taktraten im Gesamtsystem umsetzen.
Ein Rechnerhersteller, der mit langsameren aktiven Elementen arbeitet, die aber durch
Großintegration auf Si-Basis im Mittel viel kürzere Verbindungsleitungen untereinander aufweisen,
wird etwa gleich schnelle und viel billigere Rechner bauen können als die Konkurrenz mit niedrig
integrierten, aber superschnellen GaAs-Schaltkreisen (die außerdem noch viel teurer sind).
Die Kompatibilität verschiedener Schaltkreis-Familien untereinander ist beschränkt.
Abb. 8.63 zeigt die typischen Werte von Betriebsspannung (Vcc bzw Vdd) sowie die typischen
maximalen Low-Pegel und minimalen High-Pegel, welche die Bausteine produzieren.
Familie TTL F HC, HCT AC ECL CMOS, 4000, 4000B, 74 C
0-Pegel 0,5 0,4 0,1 0,1 -1,7 0,05
1-Pegel 3,5 3,5 4,9 4,4 - 0,9 4,95
Betriebs- 5 5 4,5 - 5,5 (HCT) 2 bis 6
2 - 6 (HC)
39
-(4,5 bis5,2) 3 bis 15
Abb. 8.63: Spannungspegel verschiedener Logik-Familien