2.19.3 Элементы ттл с приборами Шоттки

Замена диодов и БПТ в элементах ТТЛ на диоды и транзисторы с барьером Шоттки является эффективным способом повышения быстродействия логических элементов.

На рис. 2.78 показан вариант элемента ТТЛ с транзисторами Шоттки (ТТЛШ). В качестве VТ5 используется обычный тран-зистор, так как на его коллекторном переходе всегда сохраняется обратное смещение и он не входит в режим насыщения. Повышение быстродействия в элементах ТШЛ обусловлено двумя причинами:

• во-первых, пренебрежимо мало время рассасывания избыточного заряда в транзисторах Шоттки;

• во-вторых, уменьшаются времена спада и нарастания благодаря повышенным в (2–3) раза коэффициентам передачи транзисторов Шоттки без легирования структуры примесями, сокращающими время жизни неосновных носителей в ее областях. В элементах ТТЛШ достигаются значения времени переключения до (2–3) нС при снижении мощности потребления на (5–10) мВт и работы переключения в среднем в два раза (до 20–50 пДж) по сравнению с ТТЛ.

2.19.4 Элементы эмиттерно-связанной логики

На рисунке 2.79 изображен схемный вариант элемента ЭСЛ c функцией логического преобразования 3 ИЛИ/3 ИЛИ-НЕ.

Эмиттеры транзисторов VT2, VT3, VT4, VT5 соединены в одном узле с резистором R3, а резисторы R2, R4 являются коллекторными нагрузками параллельно включенных транзисторов VT2 — VT4 и транзистора VT5 соответственно. Резисторы в этой схеме выбраны так, чтобы при подключении опорного напряжения Uоп между клеммами 8, 9 и низком (U⁰) уровне сигнала на входах 3, 4, 5 (U⁰ < Uоп) транзисторы VT2, VT3, VT4 были закрыты, а ток в резисторе R3 соответствовал ненасыщенному состоянию открытого транзистора VT5. При высоком уровне (U¹ ≥ Uоп) входных сигналов на любой из клемм 3, 4, 5 ток в резисторе R3 должен соответствовать закрыванию транзистора VT5 и ненасыщенному режиму открытых транзисторов VT2, VT3, VT4. Эмиттерные повторители на транзисторах VT1, VT6 и резисторах R1, R5 являются выходными не инвертирующими усилителями мощности логического элемента.

Уровни напряжений U⁰, U¹ элементов ЭСЛ соответственно равны (0,6–0,8) В и (1,3–1,6) В и отличаются от уровней сигналов элементов ТТЛ. Поэтому для перехода с ЭСЛ на ТТЛ и для обратного перехода применяются специальные согласователи уровней. Минимальное значение работы переключения элементов ЭСЛ сравнимо с ТТЛ. Время переключения ЭСЛ снижается с увеличением мощности потребления и при значениях (10–20) мВт достигает (3–5) нС, т.е. по этому показателю ЭСЛ превосходит ТТЛ и сравнима с ТТЛШ. Снижая сопротивления резисторов, (повышая мощность потребления), возможно снизить время переключения до десятков пС при типовых значениях (1–3) нС.

Топологическая конфигурация рассмотренного логического элемента ЭСЛ изображена на рисунке 2.80. На этом рисунке не показаны границы защитного окисла, границы кристалла, фигуры совмещения, тестовые структуры с их топологическими конфигурациями, подконтактные n-области, как это сделано на рисунке 2.77 для элемента ТТЛ. Порядок нумерации контактных площадок на рисунке 2.79, если проставленные на рисунке номера не воспроизведены на кристалле, определяется по ключевому признаку в виде косого среза на первой площадке. Счет номеров площадок на кристалле осуществляется против движения часовых стрелок при наблюдении со стороны размещения топологических форм элементов.

Эмиттерные усилители мощности элементов ЭСЛ потребляют в два-три раза больше мощности, чем их эмиттерносвязанные переключатели. Актуальными являются решения, направленные на снижение времени и работы переключения элементов ЭСЛ во внутренних устройствах ЭВС, где из схем элементов можно исключить эмиттерные повторители, оставляя переключатель тока. В таких схемных организациях логических элементов амплитуда сигналов снижается до (0,3–0,5) В, а элементы принято называтьмалосигнальными элементами ЭСЛ (МЭСЛ). Транзисторы переключателя тока МЭСЛ функционируют в квазинасыщенном режиме (при степени около единицы), в котором временем рассасывания носителей заряда можно пренебречь в сравнении с длительностями фронтов. Благодаря малости амплитуды длительность фронтов МЭСЛ сокращается более чем в два раза в сравнении с типовым элементом ЭСЛ. Время переключения (0,5–1) нС элементов МЭСЛ достигается при мощности потребления до 10 мВт, а работа переключения снижается до (5–10) пДж.