對(duì)于德州儀器的誤解，TTL（晶體管-晶體管邏輯）只是其中之一

半導(dǎo)體行業(yè)里的大部分人員都清楚地知道，TTL 產(chǎn)品在這個(gè)行業(yè)已經(jīng)統(tǒng)治了三十年之久了。其中有一部分人可能還知道，德州儀器是 TTL 之王。但是如果你再接著問下去知道不知道 TTL 具體是什么東西，大多人都要三搖其頭表示不解了。如果你恰巧是搖頭族一員，現(xiàn)在請(qǐng)搬個(gè)板凳做好，讓灑家來給你科個(gè)普。

在半導(dǎo)體行業(yè)剛剛成型的早期階段，有三家重量級(jí)的大咖，分別是仙童半導(dǎo)體、摩托羅拉和德州儀器。除此之外，還有一些追隨者模仿者，比如國(guó)家半導(dǎo)體、Signetic、Amelco 和 Siliconix 等等。那個(gè)時(shí)候，英特爾還是個(gè)上不了大場(chǎng)面的小不點(diǎn)。那個(gè)年代，第一款標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件是仙童半導(dǎo)體的 RTL- 通過電阻 R 輸入、通過晶體管 T 輸出的邏輯器件 L。就像當(dāng)時(shí)幾乎所有東西一樣，它是采用雙極晶體管構(gòu)建的，仙童半導(dǎo)體給這種器件家族冠以微邏輯（Micrologic）的名字。不過可悲的是，RTL 最終化為了歷史的塵埃。

必須承認(rèn)的是，仙童半導(dǎo)體確實(shí)開了個(gè)好頭，RTL 基于的諾依斯的專利技術(shù)確實(shí)很對(duì)口，但是它另外一個(gè)技術(shù)支撐 -Kilby 的專利卻起了反作用。結(jié)果就是，仙童半導(dǎo)體的 RTL 電路存在很大的問題，無論是在扇入扇出能力上，還是在噪聲容限和速度上都有難以克服的缺陷。這種缺陷幾乎決定了當(dāng)時(shí)器件性能的一切。所以，仙童半導(dǎo)體放棄了 RTL，改到 DTL- 二極管 D- 晶體管 T- 邏輯 L- 上，從二極管輸入，從晶體管輸出的邏輯器件。DTL 最初的發(fā)明權(quán)不在仙童半導(dǎo)體，IBM 在它的 360 系列大型計(jì)算機(jī)中就使用了這種邏輯器件。這是一個(gè)比 RTL 表現(xiàn)得好得多的設(shè)計(jì)，解決了除了速度之外 RTL 所有的問題。仙童半導(dǎo)體推出它們的 DTL 系列時(shí)，歷史的腳步已經(jīng)來到了 1964 年。

DTL 門包括一些背靠背的二極管。其中，一個(gè)輸入二極管的陰極連接到輸入焊盤上，另外一個(gè)被稱為電平設(shè)置二極管的陰極連接到一個(gè)被稱為分相器的晶體管基極上，這兩個(gè)二極管的陽極連接到一起。有了 DTL 之后，聰明的電路設(shè)計(jì)天才們就想，為什么不把這兩個(gè)二極管放到同一個(gè)隔離區(qū)域呢？可以用單個(gè)雙極 NPN 晶體管來代替兩個(gè)晶體管！在這種結(jié)構(gòu)中，輸入二極管將是晶體管的發(fā)射極，電平設(shè)置二極管則是晶體管的集電極。對(duì)于一個(gè)雙輸入的門，其中使用的晶體管將有兩個(gè)發(fā)射極。對(duì)于四輸入的門，其晶體管將有四個(gè)發(fā)射極。上面這個(gè)示意圖可能看起來有點(diǎn)奇怪，但它清晰地描述了這種原理。

為什么這種結(jié)構(gòu)比 DTL 要好呢？讓我們來看看。當(dāng)輸入焊盤上的電平為低時(shí)，晶體管導(dǎo)通并從分相器的基極上吸取電荷，從而縮短了關(guān)閉分相器所需的時(shí)間，這個(gè)關(guān)斷時(shí)間正是當(dāng)時(shí)那些迫切想要提高電路工作速度的工程師們面臨的頭號(hào)問題。和歷史上出現(xiàn)的大多數(shù)發(fā)明一樣，我們并不是很清楚哪個(gè)天才可以當(dāng)?shù)闷?TTL 發(fā)明者的殊榮。需要指出的是，可以真正工作的 TTL 電路版本要比上面這個(gè)圖里的簡(jiǎn)化描述復(fù)雜得多。現(xiàn)在人們公認(rèn)，在 Sylvania 工作的 Tom Longo 是把 TTL 門整合到成功商用 IC 中的第一人。

這是一個(gè)重大突破。這種技術(shù)的命名也經(jīng)歷了一些有趣的歷史，Longo 把它成為 SUHL，TRW 的 James Buie 把它稱為 TCTL，最終，它的名稱定格為 TTL（晶體管 - 晶體管邏輯）。和 DTL 相比，TTL 在相似的成本上實(shí)現(xiàn)了更快的速度。Longo 和其它一些人發(fā)明了 TTL，但是最終大肆收割獲益的卻是德州儀器。1964 年，德州儀器推出了他們的 5400 TTL 系列，同年，守舊的仙童半導(dǎo)體發(fā)布了他們的 DTL 系列。正如前文所述的那樣，TTL 更好！德州儀器很快地將其 TTL 產(chǎn)品放到他們開發(fā)的廉價(jià)塑料封裝中，成本比其它任何人都要低。最終，德州儀器以 1 美元的價(jià)格對(duì)外出售 TTL 門器件，每個(gè)封裝中有四個(gè)門，所以相當(dāng)于每個(gè)門 25 美分。在那個(gè)年代，這個(gè)價(jià)格低得令人難以置信。別人發(fā)明了 TTL，桃子卻被德州儀器摘走了。從那個(gè)時(shí)候起，德州儀器稱霸了全世界，成為那個(gè)年代當(dāng)之無愧的王者。

為什么早期發(fā)明 TTL 的 Longo 那些人好像被人們遺忘了，沒有獲得他們應(yīng)得的榮譽(yù)呢？那是因?yàn)椋轮輧x器在 TTL 發(fā)展的早期獲得了巨大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，以至于每個(gè)人都想當(dāng)然地認(rèn)為 TTL 是德州儀器的發(fā)明。但是事實(shí)并非如此，德州儀器只是早早地發(fā)現(xiàn)了 TTL 的巨大潛力，并傾盡全力地跳入了 TTL 發(fā)展的洪流，最終靠它席卷了整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)。關(guān)于這個(gè)事情，哈佛曾經(jīng)將它作為一個(gè)案例研究過。

那 Tom Longo 最后怎么樣了呢？后來他先到了 Transitron，后來又跳槽到了仙童半導(dǎo)體。這個(gè)家伙確實(shí)非常聰明，在半導(dǎo)體行業(yè)是一個(gè)表現(xiàn)非凡的推動(dòng)者（踢別人屁股的人）。但是我無法確定這是好事還是壞事。我在仙童半導(dǎo)體比他低好幾個(gè)級(jí)別，所以平時(shí)沒有機(jī)會(huì)和他交流。觀察人踢人屁股很有趣，當(dāng)然，如果你是被踢的那個(gè)人就另當(dāng)別論了。不過說到踢屁股，當(dāng)時(shí)的 Tom 肯定非常不喜歡德州儀器使用他所發(fā)明的產(chǎn)品一直踢仙童屁股的這一事實(shí)。

仙童半導(dǎo)體看到 TTL 那么成功，后來也試圖進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。它首先推出了 9000 系列 TTL 產(chǎn)品，但是出了一個(gè)問題：我們并沒有真正理解集電極 - 發(fā)射極漏電流（ICEO）問題。ICEO 是我們當(dāng)時(shí)面臨的主要問題，使用黃金催化劑更加劇了這個(gè)問題。當(dāng)時(shí)，影響門電路速度的最大障礙在于雙極晶體管的關(guān)斷時(shí)間。導(dǎo)通很容易，但是關(guān)斷它卻需要等待所有少數(shù)載流子離開基極，這個(gè)過程花了很長(zhǎng)時(shí)間。我們之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在基極區(qū)域加入一些金原子有助于少數(shù)載流子的撤離，我們把它稱為黃金興奮劑。為了滿足速度要求，你必須使用黃金，但是，黃金的使用使得集電極 - 發(fā)射極漏電問題變得更糟了。用了黃金，漏電流增加，輸出能力下降，同時(shí)成本也增加了。

所以，大約在 1969 年那一年，我們產(chǎn)品的良率很低，成本很高。怎么辦？后來，Hogan 從摩托羅拉招來一些家伙，導(dǎo)入了他們認(rèn)為可以解決漏電流問題的摩托羅拉版工藝，并把它部署在山景工廠。剛開始良率確實(shí)很好，于是我們匆匆地投入大批量生產(chǎn)。但是要命的是，我們沒有做 HTRB（產(chǎn)品生命測(cè)試的簡(jiǎn)化版 - 高溫反向溫差測(cè)試），那時(shí)也沒有正式的質(zhì)量要求。但是，我們剛剛投產(chǎn)，就遇到了大麻煩。我們搞砸了！??！如果我們哪怕做一個(gè) HTRB 測(cè)試，就會(huì)遇到產(chǎn)品老化問題。這就是說，頭幾個(gè)月早期生產(chǎn)的所謂良率很好的那些晶圓是不可靠的。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)遇到了大麻煩后，就把這些制造出來的“垃圾”燒毀了。逆襲失敗，德州儀器依然高昂著頭顱，一副不可挑戰(zhàn)的王者氣勢(shì)。

后來，Tom Longo 離開了仙童半導(dǎo)體，成為了 Performance Semiconductor 的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官。
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