4000シリーズ汎用ロジックIC 4000シリーズ汎用ロジックICの概要

歴史

RCAによって製造された最初期のCD4029AカウンターIC。16ピンのデュアルインラインパッケージ（DIP-16）に収められている。

4000シリーズは、Transistor-transistor logic(TTL)の7400シリーズに対して低消費電力かつより多用途な代替品として、RCAから1968年にCD4000 COS/MOSシリーズとして販売された^[1]。その論理機能は新しく導入されたCMOS（相補型MOS）技術で実装された。初期段階でRCAは"COS/MOS"と命名して販売していたが、より短いCMOSという用語がその技術を表す業界好みの言葉として登場した^[2]。 4000シリーズの最初のチップは、アルバート・メドウィン（英語版）によって率いられたグループによって設計された^[3]。

初期の頃、TTLに基づいた設計と比べて4000シリーズは比較的低速度であったため広く普及することはなかった。初期の4000シリーズは、1 MHzでしか動作しなかったが、同時期のTTLは10 MHzで動作した^[2]。速度の制限は、新しい製造方法によって最終的に克服された（メタルの代わりにポリシリコン（多結晶シリコン）の自己整合ゲートを使用したりした）。これらのCMOSのICは、同時代のTTLと同等の性能を発揮した。 1970年代後半から1980年代にこのシリーズは、45xxと45xxxと命名された新モデルで拡張された。しかし、それらは技術者によって今でも当然のように4000シリーズの一部とみなされている。 1990年代にいくつかの製造者（例えば、テキサス・インスツルメンツ）は、より高速な速度を提供するためにより新しいHCMOSに基づいた設計に4000シリーズを移行させた。

設計上で考慮するべき事項

TTLと比較して、4000シリーズはより単純な回路設計を可能とし、全体的に比較的低消費電力であり、電源電圧の範囲が広く、負荷容量は大きく増大した（ファンアウトに影響する）。このことは、4000シリーズをLSI設計のプロトタイピングで使うための理想的なものとした。 TTLの集積回路（7400シリーズなど）も同様にモジュール化されているが、CMOSの4000シリーズのような対称的なドライブ強度はなかったので、出力に接続される負荷に対してより多くの検討が必要だった。 TTLと同じようにバッファ回路使った設計は、より多くの電流を駆動できる（バッファ回路使った設計は、主にオクタルラッチや3ステートドライバーのような入出力デバイスのために使われる）。しかし、バッファ回路使った設計は、正しく減衰・収束させない限り、リンギング（過渡振動）を招くリスクが少し高くなる^[4]^[5]。多くのモデルは、高度に集積された回路を含んでいる。完全に統合された7セグメント表示カウンター、ウォーキング・リングカウンタ（ジョンソンカウンタ）、そして全加算器を含んでいる。