Общая характеристика базовых интегральных элементов
1.7. Общая характеристика базовых интегральных элементов
Потенциальные элементы различаются по схемотехническому признаку построения базовых вентилей из элементарных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов) и технологических особенностей организации самих компонентов. Элементы, объединенные общим признаком построения, образуют тот или иной вид схемной логики. Рассмотрим наиболее общие особенности базовых схем интегральных элементов самых распространенных видов логики.
Элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) и ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ).
Элементы ТТЛ и ТТЛШ обладают достаточно высокой нагрузочной способностью (коэффициент разветвления по выходу Краз составляет 10-30 логических элементов), умеренной потребляемой мощностью (10-20 мВт), сравнительно высоким быстродействием (время задержки распространения сигнала в элементе составляет 3-10 нс) и помехоустойчивостью. Серии элементов содержат широкий функциональный набор элементов.
Элементы транзисторной логики с эмиттерными связями (ЭСЛ). Интегральные схемы ЭСЛ обладают наиболее высоким быстродействием среди полупроводниковых элементов на основе кремния (время задержки распространения порядка 1 нс), Элементы ЭСЛ работают по принципу переключения токов при малых изменениях входных напряжений, транзисторы не входят в насыщение. Вследствие этого элементы ЭСЛ часто называют схемами с переключателями тока. К достоинствам схем относится высокая стабильность динамических параметров при изменениях температуры и напряжения питания и возможность образования «монтажной логики», объединением обычных элементов. К недостаткам следует отнести сложность схем, значительную потребляемую мощность (25-40 мВт) и трудности согласования с элементами ТТЛ и ТТЛШ.
Логические элементы на МОП- транзисторах. В основе МОП– транзисторов (металл – окисел – полупроводник) лежит эффект поля (полевые транзисторы). По принципу действия они являются аналогами электронных ламп, так как управляются напряжением, а не током, как в схемах ТТЛ и ЭСЛ («биполярных» схемах). МОП– транзисторы бывают пир типов. Быстродействие n–МОП транзисторов в 5-8 раз выше p– МОП транзисторов, поскольку подвижность электронов существенно выше подвижности дырок. В МОП– схемах используются только транзисторы, они же используются и качестве резисторов.
Интегральные схемы на МОП– транзисторах обладают более низким быстродействием, чем элементы ТТЛ или ЭСЛ (время задержки порядка 50 – 100 нc ). Однако эти элементы отличаются меньшей потребляемой мощностью, большой нагрузочной способностью (Краз = 20–30) и помехоустойчивостью и, что особенно важно, требуют меньшей площади на поверхности интегральной схемы. Схемы на МОП– транзисторах технологичны и дешевы. Поэтому они находят широкое применение,
В комплементарной МОП– структуре (логика КМОП) используются одновременно транзисторы n и p типов, что существенно снижает рассеиваемую мощность в статическом режиме. Для этого типа логики характерна также повышенная помехоустойчивость (до 1.5В). К недостаткам можно отнести невысокую плотность интеграции по сравнению с МОП–структурами и более высокую стоимость.
Современные достижения в области МОП– технологий позволяют значительно повысить быстродействие элементной базы. Так микросхемы наиболее быстродействующих КМОП– серий уже соизмеримы по быстродействию с микросхемами ТТЛШ.
