ЛЭ ТТЛШ. Основное отличие от ТТЛ.

МС этого вида среди других изделий ТТЛ имеют максимальное быстродействие при умеренном потреблении мощности.

В p-n – переходе обычного диода, смещенном в прямом направлении, перенос тока обусловлен инжекцией неосновных носителей из одной области ПП в другую, вследствие чего после переключения приложенного напряжения с прямого на обратное, ток протекает некоторое время, пока избыточная концентрация неосновных носителей не снизится до 0 (время рассасывания).

Неосновные носители заряда при этом не накапливаются. Благодаря этому их время выключения очень мало (до 100 пс = 0,1 нс). Для p-n перехода это время = 1 – 100 нс.

Другое достоинство диодов Шотки в том, что они отпираются при 0,2 – 0,4 В (против 0,4 – 0,7 для p-n перехода).

Диоды подключают параллельно коллекторному переходу, придавая транзистору новые свойства. Такие транзисторы называются транзисторами Шотки.

При этом коллекторный переход практически заперт, а, следовательно, не возникает режима насыщения и накопления избыточных зарядов. Благодаря этому, при запирании транзистора, исключается задержка, связанная с рассасыванием избыточного заряда.

С целью увеличения быстродействия элементов ТТЛ, в элементах ТТЛШ используются транзисторы Шотки, представляющие собой сочетание обычного транзистора и диода Шотки, включённого между базой и коллектором транзистора. Поскольку падение напряжения на диоде Шотки в открытом состоянии меньше, чем на обычном p-n-переходе, то большая часть входного тока протекает через диод и только его малая доля втекает в базу. Поэтому транзистор не входит в режим глубокого насыщения.

Следовательно, накопление носителей в базе из-за их инжекции через коллекторный переход практически не происходит. В связи с этим имеет место увеличение быстродействия транзисторного ключа с барьером Шотки в результате уменьшения времени нарастания тока коллектора при включении и времени рассасывания при выключении.

Среднее время задержки распространения сигнала элементов ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ) примерно в два раза меньше по сравнению с аналогичными элементами ТТЛ. Недостатком ТТЛШ является меньшая по сравнению с аналогичными элементами ТТЛ помехоустойчивость U⁺_пом из-за большего значения U⁰ и меньшего U_пор.

ЭСЛ.

МС эмиттерно–связанной логики (ЭСЛ) являются самыми быстродействующими из всех типов логик, и обеспечивается это за счет ряда особенностей этой логики. Главная особен­ность ЭСЛ заключается в том, что схема ее логического элемента основана на диффе­ренциальном усилителе (балансном каскаде), дифференци­альном переключателе тока, показанном на рис, два транзи­стора которого переключают ток и не попадают в режим на­сыщения. Благодаря этому значительно сокращается время выхода транзисторов логического элемента из открытого со­стояния и существенно повышается общее быстродействие.В эмиттерную цепь этих транзисторов включен генератор ста­бильного тока (ГСТ), который ограничивает величину тока, протекающего через тот из двух транзисторов, который от­крыт. Величина тока, задаваемая генератором стабильного тока (ГСТ), и сопротивления резисторов коллекторных нагру­зок каскадов выбраны такими, чтобы исключить режим на­сыщения транзисторов в открытом состоянии независимо от разброса усиления этих транзисторов, что невозможно обес­печить в КМОП и в обычных ТТЛ сериях (кроме серий с транзисторами Шоттки).В ЭСЛ микросхемах имеется два противофазных выхода, – прямой и инверсный, поэтому в устройствах на ЭСЛ микросхемах отсутствуют промежуточ­ные инверторы, которые в устройствах на ТТЛ и КМОП мик­росхемах вносят дополнительную задержку и снижают быст­родействие. С целью уменьшения времени перезаряда пара­зитных емкостей за счет уменьшения выходного сопротивле­ния ЭСЛ логических элементов в их схемы введены мощные эмиттерные повторители с сопротивлениями нагрузки малой величины 50 Ом. Уменьшение задержки распространения в ЭСЛ сериях достигается также и за счет уменьшения дли­тельности фронтов выходных импульсов за счет уменьшения перепада напряжения на фронтах импульсов. Даже если бы крутизна фронтов выходных импульсов у микросхем ЭСЛ, ТТЛ и КМОП была бы одинаковой, то только за счет умень­шения перепада напряжения на фронтах импульсов длитель­ности фронтов выходных импульсов в ЭСЛ были бы в пять раз меньше, чем в ТТЛ, и в тринадцать раз меньше, чем в КМОП.Но уменьшение перепада напряжения на фронтах им­пульсов означает меньшую разницу между уровнями нуля и единицы, а значит и помехи меньшей величины могут при­вести к неправильному срабатыванию ЭСЛ микросхем. Для снижения влияния помех в ЭСЛ микросхемах применяются следующие приемы: 1. С корпусной шиной в ЭСЛ микросхе­мах соединен положительный вывод питания, а не отрица­тельный, как во других логиках. При таком подключении чув­ствительность логического элемента к помехам по питанию (отрицательному) ослабляется благодаря наличию генератора стабильного тока и чем выше степень его стабилизации тем сильнее ослабляется эмиттерный синфазный сигнал помехи. 2. Порог переключения ЭСЛ логического элемента стабили­зируется с помощью источника опорного напряжения (ИОН), который фиксирует напряжение на базе одного из транзисто­ров дифференциального переключателя тока. 3. Корпусная шина питания (положительного) маломощных чувствитель­ных каскадов микросхем развязана от корпусной шина пита­ния мощных выходных повторителей, являющихся основ­ными источниками помех. 4. Сопротивления нагрузки выход­ных эмиттерных повторителей подключаются не к шине от­рицательного питания, а к отдельному источнику смещения. Напряжение источника смещения меньше, чем на шине отри­цательного питания, поэтому мощность, рассеиваемая этими сопротивлениями нагрузки, практически на порядок снижена. Вышеуказанные средства обеспечивают приемлемую помехо­устойчивость ЭСЛ микросхем. В ЭСЛ сериях неиспользованные входы можно оставлять ни к чему не подключенными, так как они внутри микросхем со­единены с минусом питания через резисторы 50 кОм. Выходы ЭСЛ микросхем можно соединять друг с другом с учетом их полярности: прямые выходы можно соединять в монтажное ИЛИ, а инверсные выходы, – в монтажное И.

Характеристика передачи ЛЭ ЭСЛ:

Помехоустойчивость: ~0.3 В

31. Логические элементы И²Л.

В основе И2Л схем лежат два принципа:1) совмещение элек­трически связанных однородных областей полупроводника в кристалле ИС, что приводит к увеличению степени интегра­ции; 2) отказ от традиционного способа питания цепи базы и коллектора ключевых транзисторов через резисторы. На рисунке показана инжекционная структура с дополни­тельным р — n-переходом. Если база (область р2) переклю­чающего вертикального транзистора n2 — р2 — n1 -типа рас­положена вблизи прямосмещенного перехода р1—n1, то часть инжектированных данным переходом дырок попадает в об­ласть базы р2. В результате нарушения электронейтральности базы этого транзистора через переход база — эмиттер начи­нает протекать ток, смещающий этот переход в прямом на­правлении. Область р1, введенную для инжекции избыточных носителей, называют инжектором Е. Питание инжектора осуществляется от внешнего генератора тока или от источ­ника напряжения через резистор (один внешний резистор). Данную инжекционную структуру можно представить в виде схемы, содержащей два транзистора: токозадающий го­ризонтальный р1—n1—р2-типа (включен по схеме с общей базой) и пе­реключающий верти-кальный n2 — p2—n1-типа. Упрощенная эквивалент­ная схема состоит из транзи­стора n — p — n-типа и генератора тока I в цепи его базы.

Обычно транзистор n — p — n-типа выполняется с несколь­кими коллекторами (область n3).Когда транзисторы VT1 и VT2 закрыты, транзистор VT3 от­крыт током инжектора I (сплошная линия прохождения тока) и напряжение в узле 2 ЛЭ И2Л что соответствует уровню логической 1 в ПЛ. Если транзи­стор VT2 откроется, то ток инжектора VT3 переключится в цепь коллектора VT2 (пунктирная линия) и тран­зистор VT3 закроется. В узле 2 будет напряжение насыщения коллектора VT2:

Площадь, приходящаяся на один ЛЭ в схемах в И2Л, приблизительно в 10 раз меньше, чем в схемах ТТЛ. Применение диодов Шотки в схемах И2Л позволяет без увеличения потребляемой мощности получить еще более высокое быстродействие.

32. Реализация логических функций на лэ И²Л.

Основой принцип инжекционной схемотехники: объединение выходов инжекционных ин векторов реализует логическую функцию монтажное И.

Достоинства: Минимальная площадь (для эпитаксиально-планарной технологии). Минимальная мощность (для биполярных схем) (уменьшение рабочего тока)
Минимальная pt (среди всех схем)

Недостатки: Большая задержка (5-100 нс.) Необходимость подтягивать параметры (n+) Возрастает площадь
- чем больше сложность, тем ниже надежность.
ИЛИ-НЕ