Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 75
Текст из файла (страница 75)
В схеме эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) транзисторы не переходят в режим глубокого насыщения, благодаря чему повышается быстродействие (г „= 2 нс). Основу схемы ЭСЛ составляет переключатель тока (рис. 8.22, а). Схема напоминает дифференциальный каскад, у которого ко второму входу подключен источник постоянного напряжения Е„называемого опорным. Источник стабильного тока обеспечивает ток 4, соответствующий нормальному активному режиму. Если и = Е„то оба транзистора открыты и через каждый протекает ток г„= г„, = г„= = уггг2. Напряжение на эмиттерах и, = Е, — 0 . Известно, что в активном режиме ток коллектора очень сильно зависит от напряжения иг;.
г„= сг~аехр(и„,/и,). 407 8.6. Эмиперно-связанная логика +Ем.и б Рис. 8.22 Согласно этой формуле изменение иб, на величину Ьи = 2,3(1, (60 мВ при Т= 25' С) приводит к изменению коллекторного тока на порядок. Поэтому, если напряжение на входе станет меньше Е, на величину Ьи, то напряжение иб .„= и — и„ тоже уменьшится, что приведет к резкому уменьшению тока г„, (рис. 8.22, б), а так как суммарный ток транзисторов задан генератором тока 1„то ток 1„, возрастает, то есть произойдет переключение тока в правое плечо схемы. Транзистор ЧТ, будет закрыт, и на первом выходе установится напряжение высокого уровня У,'„„,; транзистор ЧТ, будет открыт, и на втором выходе установится напряжение низкого уровня Р,'„„э Однако транзистор ЧТ, не перейдет в режим насыщения, так как его ток задается генератором тока 1э величина которого меньше тока насыщения транзистора.
Если напряжение на входе увеличить относительно величины Е, на Ьи, то произойдет переключение тока в левое плечо схемы. Таким образом, для переключения тока 1, из одного плеча в другое достаточно изменить входное напряжение на величину 28и > 0,12 В относительно уровня Е,. Схема базового элемента ЭСЛ отличается от рассмотренной схемы переключателя тока тем, что она содержит в левом плече не один, а несколько транзисторов, работающих на общую нагрузку в цепи коллектора. При подаче на любой из входов сигнала и = Р„> (Е, + Ьи) происходит переключение тока в левое плечо, а при наличии на всех входах сигналов и = У',„< (Е, — Ьи) ток переключается в правое плечо. Следовательно, при снятии выходного напряжения с левого плеча схема выполняет операцию ИЛИ вЂ” НЕ, а при снятии сигнала с правого плеча — операцию ИЛИ.
Принципиальная схема двухвходового элемента ЭСЛ представлена на рис. 8.23, а. Особенностью схемы ЭСЛ является питание от источника с заземленным плюсом. Такое включение позволяет повысить помехоустойчивость схемы, так как в этом случае сечение коллекторных шин питания делается большим, что уменьшает их сопротивление.
Тогда на коллекторной шине питания броски тока не создают значительного паразитного падения напряжения, которое воспринимается последующим логическим элементом как помеха. Опорное напряжение Е, подается на базу ЧТ, с цепочки Яь ЧРн ЧРэ Яэ При цепочечном включении логических элементов выходное напряжение предыдущего элемента является входным для последующего. При этом последующий элемент не должен переходить в режим насыщения при подаче на его вход логи- 4ОВ Глава 8. Циф овые интегральные мик схемы ческой единицы.
С этой целью схема ЭСЛ содержит разделительные эмиттерные повторители УТз и УТ„благодаря которым выходные потенциалы схемы ЭСЛ снижаются на 0,7 В относительно потенциалов коллекторов УТ, и УТ,. Поскольку эмиттерные повторители обладают низким выходным сопротивлением, то подключение к выходу схемы внешних нагрузок слабо влияет на ее работу, Поэтому коэффициент разветвления для элемента ЭСЛ достигает 25. Схематическое изображение элементов ЭСЛ показано на рис. 8.23, б. Наличие двух заземляемых выводов (одного непосредственно от логического элемента, другого от коллекторной шины эммитерных повторителей) способствует повышению помехоустойчивости схемы.
Временная диаграмма работы схемы ЭСЛ представлена на рис. 8.23, в. Ивмк! -0,76 В -1,66 В и В Рис. 8.23 8.7. Логические элементы с инжекционным питанием В логических элементах с инжекционным питанием (И'Л) применяют транзисторы с инжекционным питанием, принцип действия которых был рассмотрен в главе 6. В основу построения схемы И'Л положена схема ТЛНС (см. рис.
8.17), 8.7. Логические элементы с инжекционным питанием в которой резистор Я„заменен в-и-р-транзистором 'ЧТР включенным по схеме с общей базой (рис. 8.24, а). Этот транзистор выполняет функции источника тока, который питает коллекторные цепи транзисторов ЧТ, и ЧТэ когда они находятся в открытом состоянии. Если же ЧТ, и ЧТ, закрыты, то источник тока питает базовую цепь последующего логического элемента. Базы транзисторов ЧТ, и ЧТ, подключены к коллекторам предыдущих ЛЭ и питаются также от своих источников тока 4. На принципиальных схемах генераторы тока 7О показывают в каждой базовой цепи (рис. 8.24, 6). г' х!зх2 зкк б Рис.
в.24 Рассмотрим, как работает схема И'Л. Когда на входы схемы поступают логические нули от предыдущих ЛЭ, то генераторы 1м и ум питают коллекторные цепи предыдущих элементов. Транзисторы ЧТ, и ЧТ, закрыты, и генератор 1, питает базовую цепь последующего ЛЭ. Если на вход х, поступает напряжение (7', то транзистор ЧТ, открывается и его базовая цепь питается от генератора ум, а коллекторная цепь — от генератора 4,.
Транзистор переходит в режим насыщения и на выходе ЛЭ устанавливается напряжение, соответствующее логическому нулю. То же происходит при подаче (Л на вход хь То есть схема выполняет логическую операцию ИЛИ вЂ” НЕ. Включать в каждую базовую цепь транзистор р-п-р, выполняющий функции источника тока Уи нецелесообразно. Учитывая, что базы всех транзисторов р-и-р заземлены, а эмиттеры, называемые инжеюловами, подключены к источнику питания через резисторы, обеспечивающие стабильность тока инжекторов, в интегральных схемах вместо большого числа индивидуальных источников тока используют один многоколлекторный транзистор типа р-л-р, каждый коллектор которого подключен только к одной базе соответствующего транзистора.
Этот принцип иллюстрирует рис. 8.25, а, где представлена топология двухвходового логического элемента, который является частью большой интегральной схемы. В этой структуре инжектор представляет собой узкую полоску с дырочной электропроводностью, созданную в полупроводнике с электронной электропроводностью, справа и слева от инжектора расположены карманы с дырочной электропроводностью. Вертикальный разрез структуры, проходящий через один из карманов, показан 416 Глава 8. Циф овые интегральные микросхемы на рис. 8.25, б. Нетрудно убедиться, что такая структура содержит два транзистора с инжекционным питанием (ср. с рис.
6.18). Шины х, и х, подключены к коллекторам соседних предыдуших вертикальных структур (на схеме не показаны). Если на этих шинах напряжение равно Пг, то дырки проходят путь от инжектора через базы транзисторов тт'Т!, УТа и попадают в коллекторы транзисторов предыдуших логических элементов. Если на одной из этих шин напряжение равно У!, то дырки накапливаются в базе вертикального л-р-и-транзистора н он переходит в режим насышения. При этом его коллекторная цепь питается от обшего инжектора через шину У, соединенную с базой последующего логического элемента (на схеме не показан), в которую поступают дырки от общего инжектора.
Инжектор Х! Хг А 4 А Ха +Еже ЗЮг ! л+ ! рис. е.вв Обычно к выходу ЛЭ подключают параллельно несколько последующих ЛЭ, поэтому вертикальные и-р-и-транзисторы делают многоколлекторными. Количество коллекторов равно количеству последуюших ЛЭ, подключаемых к выходу предыдушего ЛЭ. Рассмотренные схемы и структуры реализуют операцию ИЛИ вЂ” НЕ.
Для реализации операции И применяют схему, показанную на рис. 8.26. Если на входах 411 8.8. Логические элементы на МДП-транзисторах х, =х, = ~Р, то транзисторы УТ, и УТэ закрыты, а транзисторы тгТ, и УТ4 открыты и на выходе У = Р. Если на одном иэ входов (х, или х,) действует сигнал У', а на другом — !Р, то состояние схемы не меняется. Если же х, = х, = У', то транзисторы ЪТ, и 'ЧТ, открыты, а ЧТ, и УТ, закрыты и У = У'.
Для выполнения операции И вЂ” НЕ к выходу схемы подключают дополнительный инвертор. г"-'Х1 Хт Рис. 8.26 В силу целого ряда достоинств логические элементы И'Л нашли применение в больших интегральных схемах. Они занимают небольшую площадь, что связано с отсутствием изолирующих карманов между транзисторами (эмиттеры всех транзисторов заземлены).
Они потребляют небольшую мощность, так как транзисторы работают в режиме микротоков, а для того чтобы открыть инжекторный переход, достаточно напряжения около 1 В. Кроме того, они обладают достаточно высоким быстродействием. 8.8. Логические элементы на МДП-транзисторах Логические элементы на МДП-транзисторах строятся на основе ключей с динамической нагрузкой, рассмотренных ранее, и состоят либо иэ однотипных, либо из комплементарных МДП-транзисторов. Логические элементы на однотипных МДП-транэисторах В настоящее время предпочтение отдается МДП-транзисторам с индуцированным каналом и-типа, которые обеспечивают более высокое быстродействие логического элемента.
Анализ ЛЭ на МДП-транзисторах проще, чем ЛЭ на биполярных транзисторах, потому что во входных цепях практически отсутствует ток 412 Глава 8.,Цифровые интегральные микросхемы (напомним, что полевые транзисторы обладают большим входным сопротивлением и поэтому работают в режиме управления напряжением). Следовательно, при работе в цепочке отдельные ЛЭ функционируют независимо друг от друга и каждый из них можно анализировать без учета влияния предыдущего и последующего ЛЭ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
