2.19.2 Элементы транзисторно-транзисторной логики

Транзисторно-транзисторные элементы (ТТЛ) являются схемотехнической основой микросхем среднего и высокого быстродействия. В зависимости от значения выходного тока и емкости нагрузки базовый элемент ТТЛ исполняется с простым усилителем (см. рисунок 2.75) или со «сложным» усилителем мощности (см. рисунок 2.76). На рисунке 2.75 проставлены со-путствующие элементам схемы емкости в предположении ис-полнения резисторов в базовом слое общего или раздельных коллектрных «карманов» (см. рис. 2.55). Транзистор VT1 с резистором R1 (см. рис. 2.75) выполняют функцию двухвходовой схемы совпадения для сигналов уровня U¹. Транзистор VT2 с резистором R2 выполняют функцию инвертирующего усилителя мощности.

Компоновка топологических конфигураций транзисторов и резисторов выполняется с учетом технологических допусков, с соблюдением правил и норм по их взаимному размещению.

В элементе ТТЛ со сложным усилителем мощности, изображенном на рисунке 2.76, транзистор VT2 с нагрузочными резисторами R2, R3 выполняет функцию фазового делителя, с выходами по коллектору и эмиттеру. Элементы VT3, VT4, VD1, R4 являются «силовой» цепью усилителя мощности. Благодаря противофазному управ-лению транзисторы VT3, VT4 при управлении по входам 1, 2 находятся во взаимно противоположных состояниях (если транзистор VT3 открыт, то транзистор VT4 находится в закрытом состоянии). Выводы 3, 6 предназначены для подключения параллельно транзистору VT2 транзисторов логических расширителей для дополнения функций преобразования элемента операцией логического сложения. При соединении входов 2, 6 рассматриваемый элемент получает возможность реализовать так называемое третье логическое состояние, в котором транзисторы VT3, VT4 одновременно закрыты. Это состояние элемента реализуется подключением на входы 2, 6 напряжения низкого уровня (U⁰) и рассматривается как «отключенное» по выходу 5. Уровни входных и выходных напряжений элемента ТТЛ с усилителем мощности находятся в пределах

–Ud < U⁰< (0,5–1)Ud; (Еп – 2Ud)> U¹> 0,6×(Еп – 2Ud),

где Еп — напряжение питания элемента;

Ud — напряжение спрямления кремниевого р-n-перехода.

Для элементов ТТЛ с простым инвертором при емкостях нагрузки менее (5–10) пФ работа и время переключения элемента в (3–5) раз меньше, чем у элемента с усилителем мощности. При емкости нагрузки более (50–100) пФ названные параметры элемента с простым инвертором в подобной пропорции уступают элементу со сложным усилителем мощности. При типовых значениях отношений R1/R2 =(2–4) и R2/R3 = (1–2) работа переключения составляет (50–100) пДж. Минимальной задержке (5–6) нС соответствует потребляемая мощность (15–30) мBт.

На рисунке 2.77 изображен вариант топологической конфигурации элемента на кристалле. Позициямиа, б, в, г на рисунке соответственно отмечены граница защитного окисла на кристалле, топология резистора для тестирования резистивных слоев кристалла, набор фигур контроля совмещения слоев, топология тестового транзистора. Нумерация контактных площадок кристалла рассматривается как условная, если показанные на рисунке изображения номеров на реальном кристалле отсутствуют. В этих условиях для определения номера контактных площадок для приведенной на рисунке топологии кристалла следует руководствоваться расположением площадок относительно фигур совмещения (в) или топологических конфигураций тестовых фигур (б), (г).