Лекция 12
Схемотехника транзисторной логики со связанными эмиттерами(эстл).
2. Схемотехника ис на полевых транзисторах (пт)
Самыми быстродействующими сериями схем потенциального типа, которые предназначены для применения в высокоскоростных средствах ВТ и автоматики, являются серии цифровых интегральных схем эмиттерно-связанной транзисторной логики (ЭСТЛ).
Достоинство ЭСЛ обусловлены их схемотехникой, где в качестве основного элемента транзисторной логики используется дифференциальный усилитель (переключатель тока) с транзисторами, работающими в ненасыщенном режиме (см. базовые схемы ТЛ, приведенные ранее).
Наиболее распространенные серии ЭСЛ схем с базовой логикой ИЛИ-НЕ, ИЛИ (для положительной логики) являются схемы ЭСЛ – 100, К500, 700.
Функциональная схема ЭСТЛ приведена на рис.1
Трехкаскадный
инвертор с общей нагрузкой
Диффусилитель,
переключатель тока
Источник опорного
напряжения
Выходные эмиттерные
повторители
Рис.1 Функциональная схема ЭСЛ
Принципиальная схема эмиттерно-связанной транзисторной логики приведена на рис.2
Рис. 2 Базовая схема ЭСЛ
В приведенной базовой схеме ЭСЛ можно выделить следующие цепи:
переключатель тока – ПТ;
источник опорного напряжения - ИОН;
выходные усилители мощности в виде эмиттерных повторителей – ЭП.
Переключатель тока (Т1…Т4) предназначен для выполнения логических функций и образует первую логическую ступень с прямым и инверсным выходом.
Источник опорного напряжения ИОН содержит температурно-компенсационный делитель R3, Д1, Д2, R9 и эмиттерный повторитель Т5, R8 и задает уровень напряжения, равный среднему напряжению между уровнями "0" и "1" на входе схемы.
Эмиттерные повторители ЭП (Т6, Т7) предназначены для усиления сигнала по мощности, работы на согласование линии связи, смещения выходных сигналов по напряжению с целью обеспечения совместной работы с другими аналогичными элементами. Кроме того, ЭП являются второй ступенью логики, т. к. позволяют реализовать монтажные функции ИЛИ (И), получаемые путем объединения выходов нескольких элементов и подсоединения их к общей нагрузке.
Для расширения логических возможностей в отдельных модификациях ЭСЛ-схем объединяются выходы нескольких ПТ на одном коллекторном резисторе, образуя монтажную функцию ИЛИ (И).
Другим эффективным приемом расширения логических возможностей ЭСЛ является использование двух и трехуровневых ПТ, когда в качестве эмиттерного тока ПТ верхнего уровня служит коллекторный ток ПТ нижнего уровня переключения. Оба переключателя тока (верхний и нижний) управляются различными логическими сигналами, т. е. в одноступенчатой схеме ток может разветвляться в две цепи, в двухступенчатой схеме он может коммутировать на втором уровне в четыре цепи, в трехступенчатой схеме на последнем уровне коммутация тока возможна в восемь цепей.
Таким образом, использование дифференциального усилителя в качестве основы схемотехники семейства ЭСЛ-схем и эмиттерных повторителей обеспечивает:
Самое высокое быстродействие среди полупроводниковых схем на основе кремния.
Расширенные логические возможности, обусловленные наличием двух выходов с прямым и инверсным значением функции и многоуровневых схем.
Постоянство тока потребления от источников основного питания и отсутствие бросков тока при переключении схемы.
Большую нагрузочную способность схем работать на низкоомные согласованные линии связи и нагрузку.
Высокую стабильность динамических параметров в диапазоне рабочих температур и при изменении питающих напряжений.
На подобных схемах ЭСЛ выпускается самая быстродействующая серия микропроцессорных БИС К1800 с тактовой частотой 100 МГц, а также матричные БИС и ПЛМ.
Недостатком ЭСЛ является схемотехническая сложность и большая мощность рассеяния.