Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [111] 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169

схемы, переключающейся уже при 0,1 В. Для возвращения в первоначальное состояние подается более низкое напряжение Ulx =\ = -1,5 В.

В схеме имеются два эмиттерных повторителя на транзисторах VT1 и VT6. Они необходимы прежде всего для сдвига уровня выходного напряжения на 0,7-0,8 В. Этот сдвиг необходим для того, чтобы выходное напряжение схемы равнялось входному напряжению логического О или 1. В противном случае ЭСЛ-элемен-ты нельзя включать последовательно.

Перейдем к анализу работы элемента. На схеме указаны все сопротивления. Мы же их рассчитаем или выберем, предполагая

заданными только f/on= -1,2 В; /?э=1 кОм; f/ex = -1,5 В; t/U=-0,8B.

Пусть на все входы А, В я С подано Uex = -1,5 В. Так как это напряжение меньше опорного, то транзисторы VT2-VT4 заперты, а транзистор VT5 открыт. Для быстродействия схемы транзистор VT5 должен находиться в активном режиме. Для иБЭ5==0,7 В, необходимо иметь f/a= -1,9 В. "Отсюда при заданном /?э=1 кОм эмиттерный ток /э5= (5-1,9)/1=3,1 мА. Считаем, что и коллекторный ток VT5 имеет такое же значение.

Для активного режима VT5 его потенциал коллектора должен быть выше потенциала базы. При /?к = 270 Ом и /я = 3,1 мА [75 = = - 0,8 В. Это условие выполняется и при большем коллекторном сопротивлении, но оно выбрано именно таким, чтобы с учетом сдвига напряжения в эмиттерном повторителе на 0,7 В получить

на выходе Le«x = -1,5 В.

Теперь предположим, что хотя бы на один из входов (А, В и С) подано напряжение f/ex = -0,8 В, большее, чем Lon= -1,2 В. Транзистор VT5 при этом заперт. Напряжение на его коллекторе равно 0.

Напряжение как на базе, так и на коллекторе VT6 равно нулю, и он действует как диод, смещенный в прямом направлении. Считая падение напряжения на таком диоде равным примерно 0,8 В, получаем ulux=-0,8 В.

Когда один из транзисторов VT2-VT4 открыт, напряжение на базе открытого транзистора Ub=UIx=-0,8 В. При активном режиме его работы напряжение на эмиттере ниже на 0,7 В. Следовательно, f/a= -1,5 В. Эмиттерный ток открытого транзистора /9=.(5-1,5)/1=3,5 мА.

Замечаем, что эмиттерный ток при переключении схемы увеличился с 3,1 до 3,5 мА. Если бы вместо Rg использовался генератор стабильного тока, то эмиттерный ток не изменился бы. Очевидно, что и коллекторный ток увеличивается на столько же. Поэтому, чтобы на инверсном выходе схемы получать такие же перепады напряжения, как и на неинверсном выходе, Rk уменьшено по сравнению с Rk5-



Преимуществом ЭСЛ-элемента является высокое быстродействие. Время переключения схемы 1-6 не. Недостатком является высокая средняя потребляемая мощность, вызывающая разогрев схемы. Это не позволяет обеспечить высокую степень интеграции, т. е. не позволяет создавать БИС эмиттерно-связанной логики.

14.14. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ИНЖЕКЦИОННАЯ ЛОГИКА (И=Л)

Интегральная инжекционная логика базируется на специальных микросхемах, в которых нагрузочные резисторы заменены генераторами стабильного тока. Примером элемента интегральной инжекционной логики является инвертор, схема которого показана на рис. 14.24.

Роль ключа S выполняет транзистор, аналогичный транзисторам VT1 и VT2. В левом положении ключа база транзистора VT1 находится под низким - «нулевым»-потенциалом, фактически это напряжение насыщенного транзистора, которое для схем данного типа равно примерно 0,05 В.

Каждый транзистор имеет свой генератор стабильного тока. При замкнутом на землю ключе ток генератора течет в ключ (в коллектор транзистора, выполняющего роль ключа). Из-за очень малого напряжения на базе транзистор VT1 заперт. Поэтому ток генератора стабильного тока /02 направляется в базу VT2, вызывая его насыщение. Напряжение база - эмиттер насыщенного транзистора для схем данного типа примерно 0,75- В. Это напряжение соответствует логической 1.

В другом положении ключа 5 ток /01 течет в базу и создает напряжение база - эмиттер- 0,75 В. При этом транзистор насыщается, если /о1 = /о2 и /12131, что всегда выполняется даже при самых малых токах, т. е. в микрорежиме. Это одно из преимуществ интегральной инжекционной логики.

Средняя работа переключения Аср = Рпог.срзд.р.ср~1 нДж, а в экспериментальных схемах меньше этого значения примерно на порядок. Другим очень важным преимуществом интегральной инжекционной логики является очень высокая плотность логических элементов на единицу площади. Это позволяет создавать большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) микросхемы. Большая плотность обусловлена тем, что уменьшается число изолирующих островков. Применение горизонтальных р-«-р-транзисторов наряду с вертикальными многоколлекторными «-р-«-транзисторами и

А =л

Рис. 14.24. Схема НЕ (инвертор) с интегральной инжекционной логикой

22 Заказ № 1134 337



17 U 17 lZj lZLj


Эпитакси а льны и слои

Подложка

X.

Коллектор горизонт а ль " ного транзистора

. База горизонтального транзистора а)

11Z -ал,

Рис. 14.25. Структура (а) и схема (б) элемента интегральной инжекционной логики

о

В о-

Рис. 14.26. №Л-элемент 2ИЛИ/2ИЛИ-НЕ

отсутствие резисторов очень экономит площадь. Это следует из рис. 14.25, а, на котором показана структура элемента интегральной инжекционной логики.

Горизонтальный р-и-р-тран-зистор используется в качестве генератора стабильного тока для вертикального п-р-п-транзистора, причем каждый «-р-п-транзистор имеет свой генератор тока. Для этого можно использовать многоколлекторный горизонтальный транзистор, имеющий один эмиттер (инжектор), одну базу и много коллекторов.

Схема генератора стабильного тока видна из рис. 14.25,6. Ток задается подачей напряжения питания на эмиттер, называемый инжектором, через внешний резистор R. Изменяя напряжение источника питания, можно изменять режим работы генератора. При большем токе генератора повышается быстродействие, а средняя работа переключения остается постоянной. На рис. 14.26 показан логический элемент 2ИЛИ/2ИЛИ-НЕ интегральной инжекционной логики.

Из описания принципа действия схемы следует, что переключающий транзистор в проводящем состоянии работает в режиме насыщения. Применение диодов Шотки в элементах интегральной инжекционной и транзисторно-транзисторной логики позволяет в 2-3 раза повысить быстродействие.

14.15. моп-логика

Полевые транзисторы с изолированным затвором - МОП-транзисторы- находят широкое применение в интегральных логиче-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [111] 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.005