74xx

Die 74xx-Chips sind eine Gruppe von integrierten Schaltkreisen (ICs) in der digitalen Elektronik. Die Nummern all dieser Schaltungen (Chips) beginnen mit den Ziffern „74“, daher der Name. Die einfachsten, als Erstes entwickelten Elektronikchips der Serie enthalten simple logische Grundfunktionen in der Form von Logikgattern (UND, ODER etc.), die anfangs als Transistor-Transistor-Logik realisiert wurden. In der späteren Entwicklung wurden dann auch Schaltungsfunktionen bis hin zu komplexen Rechenwerken in diesen Bauelementen integriert.

Einige 74xx-Chips im DIL-Gehäuse.

Anschlussbelegung (neuere amerikanische Symbole) und Bild des SN7400, eines Vierfach-NAND-Gatters mit jeweils zwei Eingängen.

Hauptplatine des ersten IBM PC von 1981. Bis auf den Block aus 32 RAM-Speicherchips von AMD rechts unten sind fast alle ICs dieser Größe vom Typ 74LS.

Geschichte

Die Serie wurde in den 1960er Jahren entwickelt und 1966 als Nachfolger der 54xx-Serie (im Plastik- statt Keramikgehäuse) von Texas Instruments auf den Markt gebracht. Die ältesten Typen existieren seitdem funktional praktisch unverändert. Die Ziffernfolge mit vier bis sechs Stellen wird fortlaufend hochgezählt. Der bekannteste Vertreter ist der 7400, ein 4-fach-NAND-Gatter mit jeweils zwei Eingängen.

Mittlerweile wurden verschiedene 74xx-Logikfamilien entwickelt, die gegenüber dem Original vor allem in Geschwindigkeit und Stromverbrauch verbessert wurden. Sie werden durch zusätzliche Buchstaben (ein oder bis zu fünf Buchstaben) zwischen „74“ und „xx“ gekennzeichnet, beispielsweise 74LS00 (Low-Power-Schottky-TTL), 74S00 (Schottky-TTL), oder 74HC00 (High Speed CMOS). Die Original-Baureihe (ohne Zusatz-Buchstaben) hat heute stark an Bedeutung verloren und wird kaum noch eingesetzt. Die frühen Heim- und Personal Computer der 1970er und 1980er Jahre enthielten meist eine Vielzahl dieser Chips. Später wurden sie in der Computertechnik weitgehend von kundenspezifisch hergestellten, komplexen ICs (ASICs) verdrängt, die jeweils eine Vielzahl von 74xx-ICs ersetzen können.

In der Sowjetunion wurden von diversen Herstellern ab den späten 1960er-Jahren kompatible Bausteine als Serie К155 gefertigt, deren Pinabstand allerdings 2,5 statt 2,54 Millimeter betrug. Mit der Verfügbarkeit westlicher Bauteile nach dem Zerfall der Sowjetunion wurde die Fertigung eingestellt, bestimmte militärische Typen werden aber in Russland nach wie vor produziert.

In der DDR produzierte das Halbleiterwerk Frankfurt (Oder) unter der Bezeichnung D1xx kompatible ICs, wobei die letzten beiden Stellen meist der Nummer des westlichen Vergleichstyps entsprachen. Für den Export wurden diese auch als 74xx gekennzeichnet, jedoch ohne Präfix für den Hersteller.

Gehäuse

Die meisten 74xx-Chips existieren als DIL-Gehäuse sowie als SMD-Bausteine in SMD-Gehäuseformen. Sie werden mit unterschiedlichen vorangestellten Kennbuchstaben von vielen Halbleiterherstellern angeboten. Weiterhin sind Logikbauelemente in einem DIL-Gehäuse aus Keramik erhältlich.

Betriebsspannung

Die ursprünglichen Logikfamilien wurden mit einer Versorgungsspannung von 5,0 V betrieben. Als Weiterentwicklung von Logikfamilien in Richtung immer höherer Frequenzen wurde im gleichen Zusammenhang auch eine Reduzierung der Betriebsspannung auf beispielsweise 3,3 V oder 2,5 V vorgenommen. Zur Verschaltung von Logikfamilien mit unterschiedlichen Betriebsspannungen (zum Beispiel 3,3 V zu 5,0 V) wurden spezielle Logikfamilien entwickelt, die zu anderen Logikfamilien kompatible Logikpegel am Eingang und am Ausgang besitzen.

Logikfamilien

Die ursprünglichen Logikfamilien wurden mit Bipolartransistoren realisiert. Im Laufe der Zeit sind dann Logikfamilien in der CMOS-Technologie und in der BiCMOS-Technologie (Kombination aus beiden) hinzugekommen. Logikfamilien auch für sehr hohe Taktfrequenzen sind inzwischen fast ausschließlich in der CMOS- oder BiCMOS-Technologie realisiert.

Abkürzungen und Kurzbeschreibungen von Varianten aus der TTL-Familie

Abkürzung	Bezeichnung	Beschreibung
Bipolar
–	Standard-TTL	–
L	Low power	Weiterentwicklung mit niedrigerem Leistungsbedarf; sehr langsam; veraltet und durch die LS-Serie ersetzt
H	High speed	Weiterentwicklung mit höherer Schaltgeschwindigkeit; veraltet und durch die S-Serie ersetzt; häufig eingesetzt in den Computern der 1970er-Jahre
S	Schottky	Veraltet
LS	Low Power Schottky
AS	Advanced Schottky
ALS	Advanced Low Power Schottky
F	Fast	Schneller als die S-Serie; vergleichbar mit der AS-Serie
CMOS
C	CMOS	Versorgungsspannung von 5 bis 15 V, ähnlich wie die 4000-Logikfamilie
HC	High speed CMOS	Versorgungsspannung von 2 bis 6 V; ähnliche Geschwindigkeit wie LS 12 ns
HCU	High speed CMOS unbuffered	Ähnlich HC nur ohne Pufferstufe am Ein- und Ausgang
HCT	High speed	Zu TTL kompatibler Logikpegel, nur für 5 Volt geeignet
AC	Advanced CMOS
ACT	Advanced CMOS	Zu TTL kompatibler Logikpegel
AHC	Advanced High-Speed CMOS	HC-Serie mit ca. 3-facher Geschwindigkeit
AHCT	Advanced High-Speed CMOS	Schnelle HC-Serie mit TTL-kompatiblen Logikpegeln
ALVC	Low voltage	Niedrige Versorgungsspannung von 1,65 bis 3,6 V, Laufzeit 2 ns
AUC	Low voltage	Niedrige Versorgungsspannung von 0,8 bis 2,7 V, Laufzeit kleiner 1,9 ns bei 1,8 V
FC	Fast CMOS	Vergleichbar mit F
LCX		Versorgungsspannung 3,3 V; 5-V-tolerante Eingänge
LV	Low voltage	Versorgungsspannung 2 bis 5,5 V
LVC	Low voltage	Versorgungsspannung 1,65 bis 5,5 V; 5-V-tolerante Eingänge auch bei Versorgungsspannungen < 5 V
LVQ	Low voltage	Versorgungsspannung 3,3 V
LVX	Low voltage	Versorgungsspannung 3,3 V; 5-V-tolerante Eingänge
VHC	Very High Speed CMOS	Ähnlich wie S, aber in CMOS
CBT		Sehr schnelle CMOS-Familie für Anwendungen bis in den GHz-Bereich; Versorgungsspannung 5,0 V
CBTLV	Low voltage	Sehr schnelle CMOS-Familie für Anwendungen bis in den GHz-Bereich, Versorgungsspannung 3,3 V
G	Super high speeds	Für Schaltfrequenzen bis zu 1 GHz, Versorgungsspannung 1,65 bis 3,3 V; 5-V-tolerante Eingänge
BiCMOS
BCT	BiCMOS	Zu TTL kompatibler Logikpegel, primär für Puffer verwendet
ABT	Advanced BiCMOS	Zu TTL kompatibler Logikpegel, schneller als ACT und BCT
ALB	Advanced BiCMOS	Schnelle BiCMOS-Technologie, Versorgungsspannung 3,3 V; primär für Puffer verwendet
ALVT	Advanced BiCMOS Low voltage	Schnelle BiCMOS-Technologie, Versorgungsspannung 3,3 V; zusätzlich 5-V-tolerant; primär für Puffer verwendet
LVT	Advanced BiCMOS Low voltage	Schnelle BiCMOS-Technologie, Versorgungsspannung 3,3 V; zusätzlich 5-V-tolerant; primär für Puffer verwendet

Schaltungsentwicklung

74F711D von Signetics, ein Fünffach-2-zu-1 Multiplexer in SMD-Bauweise, aus einem NeXTcube-Computer von 1990

In der Schaltungsentwicklung kann auf Logikfamilien mit einem geringen Stromverbrauch bei einer gleichzeitig hohen maximalen Schaltfrequenz zurückgegriffen werden, was früher nicht der Fall war. Häufig werden Logikfamilien mit 3,3 V oder 2,5 V statt 5 V eingesetzt, da andere Bauelemente, zum Beispiel PLDs, FPGAs, ASICs und Mikroprozessoren ebenfalls mit geringeren Versorgungsspannungen betrieben werden.

Es werden auch einzelne Gatterfunktionen oder einzelne Flipflops angeboten. Andererseits werden komplexere Logikbauelemente eingesetzt, die komplette Schaltungsfunktionen in einem Bauelement beinhalten oder es werden programmierbare Logikbauelemente (PLD- oder FPGA-Bauelemente) eingesetzt.

Üblicherweise werden die Logikbausteine in SMD-Gehäusen gefertigt. Die Kontaktabstände und Gehäusegrößen haben sich ständig verringert. Anwenderspezifische Logikfunktionen geringen Umfanges können dadurch nach wie vor mithilfe solcher Bausteine realisiert werden, wobei als Zusatznutzen das Verständnis für Reparatur und Ersatz erhalten bleibt.

Siehe auch

• Liste von integrierten Schaltkreisen der 74xx-Familie

Literatur

• The Engineering Staff: The TTL Data Book. Band 1. Texas Instruments, 1989, ISBN 3-88078-078-1. 
• Philips/NXP, Product specification - Supersedes data of January 1993 (Memento vom 11. September 2011 im Internet Archive)
• Ohne Autor: Digital Design Seminar. Texas Instruments, 2000. 

Weblinks

Commons: 74xx – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• LOGIC Pocket Data Book 2007 (Rev. B - scyd 013b) PDF, 794 Seiten, Daten und Anschlussbilder von Texas Instruments.
• Elektronikkompendium