3.14.2. Семейства эсл-схем 10к/1 он

Микросхемы самого популярного сегодня ЭСЛ-семейства имеют обозначение, состоящее из 5 цифр в виде «10ххх» (например, 10102,10181,10209), поэтому его обычно называют ЭСЛ-семейством 10К (ECL !ОК). У схем этого семейства име­ются некоторые усовершенствования по сравнению с базовой ЭСЛ-схемой, опи­санной выше:

Эмиттерные повторители, включенные на каждом из выходов, сдвигают выходные напряжения настолько, что они соответствуют входным уровням и обеспе­ чивают большую нагрузочную способность по току, до 50 мА на выход.

Напряжение смещения Vbb обеспечивается внутренней цепью, поэтому отдельного, внешнего источника питания не требуется.

Семейство разработано так, чтобы оно работало с Vcc=О В (земля) и vee = -5.2 В. Как правило, при наблюдении сигналов относительно земли уровень шума оказывается меньшим, чем в случае, когда уровни сигналов отсчитываются относительно шины питания. В ЭСЛ-схемах уровни логических сигналов определяются относительно напряжения Vcc на шине питания, поэтому разработчики семейства решили сделать это напряжение равным О В («чистая» земля) и использовать в качестве Vee отрицательное напряжение. Помехи, возникающие в цепи питания и появляющиеся на шине Vee, являются «синфазным сигналом», который ослабляется в дифференциальном усилителе благодаря конфигурации его входной цепи.

Микросхемы с префиксом 10Н (ЭСЛ-семейство ЮН; ECL 10Hfamily) являются полностью скорректированными по напряжению, поэтому они будут нормально работать при напряжениях питания Vee, отличающихся от -5.2 В; этот режим работы будет рассмотрен в разделе 3.14.4.

На рис .3.91 показано, как для ЭСЛ-семейства 10К определены низкий и высо­кий уровни. Обратите внимание: несмотря на то, что напряжение питания отрица­тельно, названия уровней «низкий» (LOW) и «высокий» (HIGH) приняты для ЭСЛ-схем в соответствии с алгебраически низким и высоким напряжениями соответственно.

З апас помехоустойчивости по постоянному току у схем ЭСЛ-семейства 10К намного меньше, чем у КМОП- и ТТЛ-схем, всего лишь 0.155 В при низком уровне и 0.125 В при высоком уровне. Однако ЭСЛ-схемы не нуждаются в таком же боль­шом запасе помехоустойчивости, как схемы КМОП- и ТТЛ-семейств. В отличие от КМОП- и ТТЛ-схем, ЭСЛ-схемы при переключении создают очень малые помехи на шине питания и на шине земли; токи, потребляемые ЭСЛ-схемами, остаются неизменными, так как в них просто происходит переключение тока с одного пути на другой. К тому же в ЭСЛ-схемах выходные сопротивления эмиттерных повто­рителей в любом состоянии очень малы, и внешнему источнику трудно создать помеху в сигнальной линии, подключенной к такому выходу.

Рис. 3.91. Логические уровни ЭСЛ-семейства 10К (ABNORMAL-непредусмотренный уровень, HIGH - высокий уровень, LOW- низкий уровень)

На рис. 3.92(а) приведена схема одного из четырех вентилей ИЛ И/ИЛИ-НЕ в микросхеме 10102. С помощью резисторов R1 и R2 на входах обеспечивается присут­ствие на любом из них низкого уровня, если этот вход остается ни к чему не подклю­ченным. Номиналы компонентов в цепи смещения выбраны так, чтобы получить напряжение Квв=-1.29 В, необходимое для правильной работы дифференциально­го усилителя. У выходных транзисторов, включенных по схеме эмиттерного повто­рителя, потенциал каждого эмиттера ниже потенциала соответствующей базы на величину напряжения на открытом диоде; этим достигается требуемый сдвиг вы­ходного уровня. Таблица на рис. 3.92(b) описывает работу схемы.

Выходы эмиттерных повторителей в схемах ЭСЛ-семейства 1 ОК., требуют под­ключения внешних резисторов, как показано на рисунке. Применение в данном случае внешних резисторов, а не внутренних имеет серьезные основания. Ско­рость нарастания и спада сигналов на выходе ЭСЛ-схем при переключении на­столько велика (типичное значение времени переключения составляет 2 не), что любое соединение длиной в несколько дюймов необходимо рассматривать как длинную линию, которая должна иметь на концах согласованные нагрузки (см. параграф 11.4). Дело здесь даже не в мощности, которая бесполезно рассеивалась бы на внутреннем резисторе: применяя ЭСЛ схемы семейства 10К, разработчик имеет возможность выбрать внешний резистор так, чтобы одновременно обеспе­чить нагрузку для эмиттерного повторителя и согласовать длинную линию на кон­це. В простейшем случае при коротких соединениях подходящей нагрузкой являет­ся резистор с сопротивлением от 270 Ом до 2 кОм, включенный между каждым из выходов и шиной питания уее.

Рис. 3.92. Двухвходовая ЭСЛ-схема ИЛ И/ИЛИ-НЕ серии 10К: (а) принципиальная схема; (b) таблица, описывающая работу схемы (L - низкий уровень, Н -высокий уровень; OFF - закрыт, on - открыт); (с) таблица истинности; (d) условное обозначение.

У типичного вентиля ЭСЛ-семейства 1ОК задержка распространения равна 2 не и сопоставима с задержкой ТТЛ-схем 74AS. Если выходы вентиля семейства 10К оставить ни к чему не подключенными, то он потребляет мощность около 26 мВт, что также сравнимо с мощностью, потребляемой ТТЛ-схемой 74AS, кото­рая составляет примерно 20 мВт. Однако оконечная нагрузка, необходимая для ЭСЛ-схемы 1 ОК, также потребляет мощность от 10 до 150 мВт на каждый выход в зависимости от типа нагрузки, тогда как выход ТТЛ-схемы 74AS может требовать, а может и не требовать оконечной нагрузки, потребляющей мощность, в зависи­мости от физических характеристик приложения. *3.14.3. Семейство ЭСЛ-схем 100К

Микросхемы ЭСЛ-семейства 100K(ECL WOK family) имеют обозначение, состо­ящее из 6 цифр в виде «100ххх» (например, 100101,100117,100170), но в общем случае реализуемые ими функции отличаются от функций, выполняемых схема­ми 10К с теми же номерами. Семейство 100К имеет следующие существенные отличия от семейства 10К:

• Меньшее напряжение питания V_EE = —4.5 В.

• Другие логические уровни, как следствие другого напряжения питания.

• Меньшие значения задержки распространения: типичное значение 0.75 нc.

• Меньшие значения времени перехода: типичное значение 0.70 нc.

• Большая потребляемая мощность: типичное значение 40 мВт на вентиль.