Вопрос 3 Элементы интегральной инжекционной логики

Элементы ТТЛ, ТТЛШ и ЭСЛ содержат в своём составе резисторы, которые занимают значительную площадь полупроводникового кристалла. Кроме того, полезная площадь кристалла на создание изолирующего кармана для каждого транзистора, резистора и других элементов. В результате существенно снижается плотность упаковки интегральной схемы. В этом отношении среди ЛЭ на БТ лучшие показатели имеют И²Л, в которых отсутствуют резисторы и не нужна изоляция транзисторов.

Основа элементов И2Л – многоколлекторный БТ с инжекционным питанием.

Структура элемента И2Л на основе двуколлекторного транзистора с инжекционным питанием.

В отличие от обычных БТ, БТИ с инжекционным питанием имеет дополнительный электрод - инжектор. Питание транзистора осуществляется путем инжекции неосновных носителей через включенный в прямом направлении инжекторный переход p1-n1. Для чего к инжектору через внешний по отношению к ИС резистор R подключается источник питания.

Структуру транзистора с инжекционным питанием можно представить эквивалентной схемой Рисунок 2, состоящей из токозадающего транзистора VT_T типа p1-n1-p2 и двухколлекторного переключательного БТ VT_П типа n1-p2-n2, Iи – ток инжектора (обусловленный инжекцией дырок из области p1 в область n1 и инжекции электронов в обратном направлении).

Структура многоколлекторного транзистора похожа на многоэмиттерный (но n1- коллектор, а p1- эмиттером). Область n1 – база транзистора VTt и эмиттером транзистора VTп, а область p2 – коллектора VTt и базой транзистора VTп. Входом ЛЭ служит база VTt, а выходами – его коллекторы.

При подключении данного ЛЭ к выходу предыдущего ЛЭ, а выходы к входам последующих ЛЭ, в коллекторной цепи транзистора VTt протекает коллекторный ток этого транзистора, который является для него генератором тока Iг=Iк=α_T Iи.

При изготовлении ИС на элементах И2Л области p1 и n1 выполняют общими для нескольких ЛЭ.

ДЛЯ выполнения логической операции, выполняемой базовым элементов И2Л, рассмотрим последовательное соединение VT_П1, VT_П2, VT_П3 и общим VTt

1. Допустим если VTп1 закрыт, то Iг2 замыкается на базу VTп2 и вводит его в насыщение. А ток Iг3 замыкается в коллектор VTп2 , не ответвляясь в базу третьего, поэтому VTп3 тоже закрыт.

Uвх = Uбэ2 = 0,7В = U¹ Uвых = Uкэ2 нас = 0,2В = U⁰ ∆Uл = 0,5В

2. Если 1 насыщен (открыт), то Iг2 замыкается в его коллектор, не ответвляясь в базу второго, поэтому второй закрыт и Iг3 замыкается в базу VTп2, который входит в насыщение

Uвх = Uкэ1 нас = 0,2В = U⁰ Uвых = Uбэ3= 0,7В = U¹ ∆Uл = 0,5В

И2Л выполняет операцию НЕ (является инвертором с одним входом и двумя выходами). Передаточная характеристика:

Примеры: серии 541, 582, 583, 584, 1808, 1815

Достоинства:

1. Высокая плотность упаковки

2. Малая потребляемая мощность (важно для БИС и СБИС)

3. Относительно высокое быстродействие (от 10 нс)

Недостаток:

Низкая помехоустойчивость