Kompatibilitas komponen CMOS terhadap TTL

HC versus HCTKompatibilitas komponen CMOS terhadap TTLoleh : Rifat
Beberapa waktu yang lalu, kami mendapat cerita dari seorang rekan yang bekerja di industri penyediaan perangkat telekomunikasi. Sebanyak ribuan modul yang sudah dipasang dan beroperasi harus segera ditarik dan diganti dengan modul yang baru. Dikatakan perangkat yang terkoneksi secara remote tersebut tidak berfungsi dengan baik. Tetapi anehnya, sebagian perangkat yang sama lainnya bekerja baik dan normal sebagaimana mestinya.

 

R&D dari pabrikan penyedia alat tersebut segera melakukan tugasnya menganalisa problem yang mereka hadapi. Selidik punya selidik akhirnya ditemukan ternyata kedua perangkat yang sama itu memiliki perbedaan. Perbedaannya ada pada penggunaan komponen logik. Modul pada perangkat yang bekerja normal menggunakan komponen logik dengan marka tertulis 74HCxxx. Sedangkan  perangkat yang satunya menggunakan komponen dengan marka tertulis 74HCTxxx. Ketika diteliti lebih lanjut, kemudian diketahui penyebabnya adalah tercampurnya reel (selongsong tempat komponen) komponen 74HCxxx yang seharusnya dengan komponen dengan 74HCTxxx. Sehingga pada saat pabrikasi, secara tidak sengaja komponen yang seharusnya 74HCxxx terpasang menjadi 74HCTxxx.

 

Di sini masalahnya bukan karena komponen logik tipe HC lebih baik dan komponen jenis HCT tidak baik. Tetapi modul perangkat yang dimaksud memang dirancang dengan menggunakan komponen IC logik jenis HC.

 

Seperti yang kita ketahui, komponen IC logik umumnya dimulai dengan angka 54 atau 74 yang kemudian diikuti marka huruf. Angka 54 adalah tipe dengan spesifikasi militer and 74 adalah tipe untuk umum. Huruf yang menyertai setelah angka 54/74 seperti LS, AS atau ALS menunjukkan komponen logik tersebut dari tipe TTL (Transitor Transistor Logic), yaitu komponen IC logik yang dibuat dengan dasar transistor bipolar. Misalnya komponen itu tertulis dengan marka 54LS/74LS. Komponen logik ada juga yang dibuat dengan dasar transistor CMOS yang dikenal dengan 54HC/74HC dimana marka HC adalah singkatan dari High speed CMOS.

 

Perancang rangkaian elektronik biasanya menggunakan komponen tipe HC untuk mendapatkan sistem dengan performa kecepatan tinggi (high speed) dan sekaligus konsumsi daya-nya yang rendah (low power). Selain itu pabrikan juga membuat komponen tipe HCT (High speed CMOS TTL) yang merupakan satu keluarga dengan tipe HC karena sama-sama dibuat dengan teknologi CMOS. Namun komponen HCT dibuat agar input/output nya kompatibel dengan level TTL. Huruf T pada marka HCT berarti TTL.

 

 

tabel-1 : karakteristik tegangan input/output

beberapa tipe komponen IC logik

 

Mengapa diperlukan komponen logik tipe HCT ? Jawabannya barangkali dapat diketahui dari karakteristik level tegangan input/output untuk masing-masing tipe komponen yang ada pada tabel-1. Pada tabel ini di tunjukkan berapa nilai tegangan output logika 1 atau logika 0 komponen LS/HC/HCT. Juga ditunjukkan ambang dari tegangan input minimum atau maksimum dari tiap tipe komponen yang dapat dinyatakan sebagai logika 1 atau logika 0.   Pada tabel tersebut terlihat ada masalah ketidak cocokan (incompatibility) antara level tegangan output dari komponen tipe LS yang TTL dengan ambang minimum level tengangan input komponen HC yang CMOS.

Level tengangan output logika 1 (high) untuk tipe LS pada tabel adalah 2.7 volt. Sementara untuk komponen tipe HC, ambang tegangan minimum untuk dapat dinyatakan sebagai logika 1 (high) setidaknya mesti sebesar 3.15 volt. Artinya jika komponen LS dipakai untuk men-drive komponen HC maka level tegangan logika 1 keluaran LS tidaklah cukup bagi input komponen logik tipe HC. Kendala interfacing yang demikian sering juga ditemui pada suatu desain yang menggunakan mikrokontroler dimana peripheral input-outputnya berstandard TTL. Sementara untuk mendapatkan tingkat kecepatan dan konsumsi daya yang kecil, perancangnya ingin menggunakan CMOS sebagai eksternal komponen lainnya.

Untuk contoh kasus seperti inilah komponen tipe HCT dibuat, sehingga tidak ada masalah interface antara output TTL dengan input CMOS. Sebab komponen HCT standardnya sudah sama-sama TTL. Misalnya dipasaran banyak ditemui 74HCT373 yaitu latch yang sering digunakan untuk men-decode data dari address/data bus sebuah mikroprosessor. Karena kompatibel, komponen HCT dapat langsung dipasang menggantikan komponen logik TTL seperti tipe LS. Misalnya komponen 74LS14 secara langsung dapat digantikan dengan 74HCT14 yang konsumsi dayanya lebih kecil.

 

gambar-1 : pull-up resistor untuk interfacing

input komponen HC terhadap output LS

 

Lalu mengapa komponen HC masih diperlukan, mengapa tidak semua saja dibuat menjadi HCT ? Ternyata katanya untuk membuat komponen tipe HCT, teknologi saat ini masih terbentur pada beberapa kendala yang ujungnya adalah penurunan performansi. Diantaranya yang pasti komponen HCT memerlukan rangkaian translator level CMOS ke level TTL dan sebaliknya, sehingga tambahan rangkaian ini menyebabkan ukuran dice (bahan pembuat IC) komponen menjadi lebih besar atau lebih padat. Tambahan rangkaian translator menyebabkan adanya efek tundaan propagasi (propagation delay), sehingga kecepatan HCT menjadi pertimbangan untuk rangkaian yang bersifat speed/time critical.

 

Dibandingkan dengan komponen tipe HC yang hemat energi (low power), konsumsi daya komponen HCT menjadi lebih besar. Kendala dan batasan inilah yang menyebabkan tidak semua komponen logik HC memiliki padanan komponen HCT. Selain itu sebenarnya ada cara untuk mengatasi masalah interface komponen tipe LS yang TTL dengan tipe HC yang CMOS. Seperti pada gambar-1, sebuah resistor pull-up (4.7K ~ 10K) dapat ditambahkan pada output TTL untuk menjamin level tegangan logik 1 (high) adalah sama dengan tegangan suplai VCC (misalnya 5 volt).

Metode resistor pull-up sebagai interfacing bagi komponen lain sudah umum dipakai untuk menjamin kompatibilitas TTL. Bahkan sering didapati ada internal resistor pull-up pada tiap-tiap port input/output sebuah mikroprosesor/mikrokontroler. Sehingga tambahan resistor pull-up eksternal tidak lagi diperlukan.

 

Kalau dibalik, komponen HC/HCT mestinya tidak ada masalah kompatibilitas jika dipakai untuk men-drive komponen tipe LS. Sebab kalau kembali dilihat pada tabel-1, tegangan output komponen tipe HC/HCT (3.7 volt) sudah cukup untuk memenuhi batas ambang minimum sebagai tegangan logika 1 bagi input komponen LS (2.0 volt).

 

Ada suatu garis bawah yang dapat ditarik dari pengalaman rekan di atas. Terkadang dari satu hal sederhana dapat menjadi sesuatu yang rumit. Ada kalanya hal yang demikian ikut melibatkan biaya yang tidak sedikit. Walaupun pada akhirnya problem itu dapat diselesaikan ketika masalahnya sudah ter-identifikasi. Sebab katanya, kalau masalahnya sudah diketahui maka sisanya adalah bagaimana menyelesaikannya.

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s