(la videolezione) Con la microelettronica l'implementazione delle funzioni logiche ha avuto il suo sviluppo più ampio e innovativo. Il motivo risiede nella quasi illimitata possibilità di miniaturizzazione offerta dalle tecnologie dei circuiti integrati. Si pensi che i “vecchi” microprocessori Intel 80486 e Motorola 68040 contengono in un unico chip circa 1 200 000 transistori e il Pentium ben 3 100 000 transistori. I componenti elettronici base costituenti i vari circuiti integrati digitali sono i transistori BJT e MOSFET. I circuiti integrati TTL e CMOS rappresentano due famiglie fondamentali di componenti logici. Entrambi costituiscono il cuore di milioni di dispositivi, ma si distinguono per caratteristiche elettriche, prestazioni e struttura interna.
TTL, acronimo di Transistor-Transistor Logic, è una tecnologia sviluppata a partire dagli anni ’60 e basata sull’uso di transistor bipolari. In questi circuiti, le operazioni logiche vengono eseguite attraverso l’interazione di transistor e resistori. I TTL sono noti per la loro velocità operativa elevata e la robustezza nei segnali, rendendoli ideali per ambienti in cui è richiesta rapidità di risposta e affidabilità. Tuttavia, uno dei loro limiti principali è il consumo energetico relativamente alto, dovuto alla natura dei transistor bipolari, che richiedono corrente continua anche a riposo.
Di contro, la tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) fa uso di una combinazione di transistor MOSFET di tipo N e tipo P. Ciò che la rende davvero innovativa è il fatto che i circuiti CMOS consumano energia solo durante la commutazione dello stato logico, risultando estremamente efficienti dal punto di vista energetico. Questa caratteristica ha reso la tecnologia CMOS la scelta privilegiata per dispositivi mobili, computer portatili, orologi digitali e qualsiasi apparecchio dove la gestione della batteria è cruciale.
Dal punto di vista logico, sia i TTL che i CMOS possono implementare le stesse funzioni digitali: porte AND, OR, NOT, flip-flop, contatori e registri. Ciò che cambia è il comportamento elettrico: i livelli di tensione, la corrente in ingresso e uscita, e il modo in cui ogni tecnologia risponde alle variazioni ambientali, come la temperatura.
Una differenza pratica tra i due sta anche nella compatibilità: i TTL tradizionalmente operano a 5 volt, mentre i CMOS possono funzionare con tensioni più variabili, spesso comprese tra 3 e 15 volt. Questo ha permesso ai CMOS di evolvere più agilmente negli anni, adattandosi ai progressi dei processori e delle architetture di sistema.
Fino a qualche tempo fa si poteva affermare che ad una maggiore densità d’integrazione dei MOS, dovuta alle dimensioni più ridotte, si contrapponeva una velocità di funzionamento notevolmente più elevata dei BJT. Le tecnologie più recenti hanno però portato la velocità di funzionamento dei MOS a competere con quella dei BJT, le cui dimensioni d'altro canto vanno riducendosi sempre più. In questo quadro di costante evoluzione si può in ogni caso dire che la tecnologia MOS è tuttora di gran lunga predominante nell'alta e altissima scala d’integrazione (LSI e VLSI), mentre nella piccola e media scala (SSI e MSI) si assiste ad una competizione molto spinta fra le due tecnologie.
Oggi, nei circuiti integrati più sofisticati, si trovano anche soluzioni ibride che combinano le caratteristiche delle due tecnologie. Ad esempio, le logiche BiCMOS sfruttano la velocità dei transistor bipolari con l’efficienza dei MOSFET, ottenendo prestazioni ottimali in molte applicazioni.
