Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 83
Текст из файла (страница 83)
7.3.1. Логические элементы с передачей тока или напряжения Транзисторная логика с непосредственными связями Транзесторния логика с непогреостаеллььин связячл (ТЛНС) основана на параллельном (или последовательном) соединении транзисторных ключей и использовании общей коллекторной нагрузки (рис. 7.4). Конструктивно транзисторы Ть 7ь Т, объединены по коллектору и подключены через резистор 77, к шине Г,. Входные сигналы подаются на базы транзисторов. Выходы подключены на входы таких же элементов.
Схема рассчитывается так, чтобы при подаче высокого напряжения (соответствующей логической !) на базу одного или нескольких транзисторов происходит насыщение транзисторов и выходной потенциал снижается до низкого уровня — остаточного потенциала П = (7,„я. Рие. 7,4. Основная логическая схема ТПНС Выходной погенцнал соответствует логическому нулю, н все нагрузочные транзисторы ~казываются запертыми. Прн подаче на входы транзисторов Ть Тм 7', низко~о потенциала, ''зя.
з'щ Часть II. Микроэлектронн соответствующего логическому О, все транзисторы запираются. потенциал их коллекто„ повышается, стремясь достигнуть уровня Е„. В этом случае последующие транзистор ры отпираются, потому что потенциал выходного напряжения соответствует потенция базы насыщенного транзистора. Этот потенциал также соответствует логической 1.
Так обрыва!, в положите ьной логике ТЛНС вьгпо. Няет операцию дизъюнкции, реализуя на выходе функцию Р =х, мхе ох, гг...ох, Эта соответствует логической схеме ИЛИ вЂ” НЕ. Основным преимушеством элемента ТЛНС является его простота. Приннипиальным недостатком является сильная зависн мость процессов от характеристик транзисторов. Это проявляется, прежде всего, в изме ненни уровней сигналов с изменением числа входов и нагрузки. Базовые токи коллекторов распределяются неравномерно вследствие разброса параметров транзисторов. Происходит перехват токов транзисторов. При этом большая часть тока источника Гз„будет поступать в базу одного из транзисторов, а остальные режима насыщения не достигнут.
Работа схем ТЛНС становится ненадежной. Резисторно-транзисторная логика Ненадежность работы ТЛНС послужила причиной поиска более совершенных вариантов. Появиласылранзггслгорггсьч хогггка с резиствввой связью (ТЛРС и РТЛ). Принципиальным отличием является включение в базовые цепи транзисторов и резисторов с сопротивлением порядка 1О Ом (рис. 75). Наличие резисторов позволяет выравнивать входные токи в базовые цепи. Сопротивления резисторов Ян должны быть большилг для выравнивания входных характеристик и одновременно достаточно лгалым, чтобы не препятствовать насыщению транзисторов вследствие уменьшения тока базы.
Этим противоречивым требованиям удовлетворяет некоторое оптимальное отношение 71ь 1 Я„при котором нагрузочная способность становится максимальной. Рис. т.а. Логическая схема РТЛ СледУег заметить также, что введение РезистоРов Лв, Уменьшает быстРодействие схем емы вследствие возрастания длительности фронта в ключе. Схема реализует функцию р = х, о хг о х, 7 Логические элементы интегральных схем резисторно-емкостная транзисторная логика для ослабления влияния сопротивления на быстродействие элемента целесообразно его пзунтировать конденсатором небольшой емкости.
Логика, в которой реализован этот принцип, получила название резпсспкиосмкосликсб ~п)залзпслзорноилолжп(РЕТЛ) (рис. 7б). Рис. 7.6. Логическая схема РЕТЛ Конструктивно такой конденсатор получают в виде обратносмещенного р — п-перехода. Во время переключения конденсатор закорачивает высокоомный резистор )гь, что приводит к образованию всплеска тока базы. Этот прием обеспечивает быстрейшее отпирание и запирание транзисторов. Оптимальное значение составляет при выполнении условия )(ег,) )(„> 10, что требует создания высокоомного резистора с большой площадью. Такие схемы использовались на первом этазе развития микроэлектроники.
В итоге они оказались бесперспективными вследствие большого числа резисторов и емкостей, которые занимали большую площадь, В результате было предложено все элементы, формирующие ток в базу, заменить одним инжектором (рис. 7.7). а) б) Ряс. 7.7. эволюция тлнс (в) в и л путем подключения генераторов тскв в базы (б) Интегральная инжекционная логика В ходе развития дискретной полупроводниковой электроники возникла принципиально "оная ранее не известная логика — гшсксгральиая и кзн ккчполнся логике (ИзЛ).
В основе интегральной инжекционной логики лежат функционально интегрированные транзисторные структуры (рис. 7.8, и). Транзистор 7;, называют зскозадающим. Он состо- Часть ??. 14икроэлектронияа ЗВВ ит из инжектора О, который эмитирует носители заряда-дырки в эмиттерную облас мнагоколлекторного транзистора Т. Транзистор ?'„представляет собой р,— и,,— рэ и ра положен горизонтально.
Многоколлекторный инвертирующий транзистор Т лт — рт — п,-ти па расположен вертикально и имеет обшил эмиттер Э. Эмнттерная область представляе сооой сильно легированное основание подложки. Эмиттерная область транзистора Т од повременно служит базой такозадающего транзистора Т„. цнвертор включается тогда, когда ток инжектора Т„отбирается из базы многоколлектор ного транзистора Т в другую цепь, например предшествующей структуры в схеме. Такое включение может быть обеспечено за счет соответствующего уменьшения входного на. пряжения (?„. Это напряжение олновременно управляет смещением на эмиттерном пере.
ходе инвертора Т. Рис. тж. Конструкции (аг и схема (б( б? И'Л элемента логики 399 у Логические элементы интегральных схем Элемент ИпЛ обычно реализует функции ИЛИ --- НЕ. Функция И НЕ может быть реали изована при условии использования коллекторных выходов в качестве независимых вл холов И для последующих логических элементов. Наличие многоколлекторного инвертора позволяет осуществить логическую развязку без дополнительных схемных элементов. Логические уровни и логический перепад в схеьпе И Л описываются как в ТЛНС и имеют подобные характеристики. Оригинальность схемотехнического решения сочетается с оригинальностью технологического решения. Инжектор реализуется в виде длинной р-полоски, выполненной на этапе базовой диффузии. Базой р — и — р-транзистора является эпитаксиальный п-слой, а коллекторами — базовые слои и — р — и-транзисторов.
Расположение р — и — р-транзисторов относительно инжектора может быть как перпендикулярным, так и параллельным. Нреимушеством И Л является отсутствие изолирующих карманов н резисторов, приводящих к зкономии плошали, уменьшение напряжения питания, мощности и времени задержки. Малая емкость коллектора, малое остаточное напряжение иа насыщенных транзисторах обусловлено низкоомным слоем п -коллектора. Структуры с инпкекционным питанием достато <но универсальны. Онн могут использоваться для построения арифметических устройств, устройств памяти, логики. И Л-схемы хорошо согласуются с ТТЛ и ДТЛ-схемачи, 7.3.2. Логические элементы с логикой на входе Диодно-транзисторная логика Днадно-транзнслпарная лагнка (ДТЛ) отличается от предыдущих схем теч, что количество логических входов не связано с количеством транзисторов.
Логическая функция в этом случае осуществляется диодами Дь Д, и Дь а транзистор 7 выполняет функцию инверсии. Таким образом, резко сокращается количество транзисторов. В этой группе схем с логикой на входе и передачей вхолного тока на выход управляющей ИС не возникает эффекта перехвата тока из-за неравномерного распределения его между входными цепями. Входные диоды обеспечивают развязку цепей друг от друга (рис. 7.9).
Диоды Д! и Д! выполняют задачу обеспечения сдвига уровня постоянного напряжения между точками а и 6. Они называются диодами смещения. Для того чтобы работа диолов не зависела от состояния транзистора (наличия или отсутствия в нем тока), существует цепь сьпецгения (- Г и й,), через которую протекает ток.
Этот ток обеспечивает работу диодов Д! и Д! в прямом направлении и создает смешение 2Е . !)Усть Ц = г1з= ... = !!я = г! = О, тогда через диоды Дь Дп будет протекать ток )„. Тогда напряжение в точке а будет равно прямому напряжению нв диоде !и'„= Е, а ток— ! = Г,— г! ! ))и. В точке а гул = — Ь', В этом случае эмиттерный переход находится под обРвтныч смешением и транзистор Т заперт.
Выходное напряжение (7,„„имеет максимальную величину г7„,„=- Е„= г!', другими словами, Ц,, имеет уровень логической единицы. Тогда на вход подадим напряжение г),„= г7. Напряжение на остальных входах осталось Равным нулю и диод Д,, в частности, по-прежнему открыт. Напряжение в точке а по~режнему равно Ь'. Следовательно, диод Д, оказывается под большим обратным напряжением, запирается и ток через него делается близким к нулю. Никаких других измене"ий в схеме не происходит и на выходе сохраняется равенство г)„„,„= Еь То же самое получится, если подать на вход 2 напряпкение Г). Если подать напряжение г! на все входы, Часть П. Микроэлектроника то все диоды запираются. Ток!, булет протекать через диоды смещения в базу транзисг ра.
Транзистор отпирается, потенциал базы делается равным тр и при условии насыщеш,я потенциал коллектора становится равным тl, „,. Это и есть значение уровня логическ~~о нуля Е)„„„= !у и О,! В. Таким образом, уровень выходного напряжения меняется с 0у' д, тг' только при подаче на все входы уровня напряжения (/. В положительной логике схем выполняет функцию Г=х,лх лх 3 а) Рис. Т.в. логический элемент дтл (а) и его зяолкгция к элементу ттл (б) Преимуществом схем ДТЛ является надежное запиранне транзистора путем подачи на его эмиттерный переход обратного смещения.
Кроме того, этим схемам свойственен большой логический перепад и' — [,л не„. к разновидностям схем Дтх! относятся хггздггг)лгиировлк кол дзгодко-тРаггзистлгзгшгил лощгка (МДТТ!), входом котоРой слУжат эмиттеРные повтоР" тели. Эмиттерные повторители способны уси.тивать входной ток и, следовательно, улучши параметры схем дТЛ, Разновидностью элемента дТЛ является сггодгго-кгракзтпгслгоркля ложка с дополнительной симметрией (дСдТЛ), а также логики с иершгекшгтк лоло"' ' аи (ПНТЛ), на входе которых расположены инверторы Эти схемы отличаются высокой " й помехоустойчивостью. Однако большое количество диодов требует создания изолируюш~ щего кармана. Плошадь под диоды существенно повышается, надает степень интеграл ции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
