Цифрова мікросхемотехніка

1 Елементи емітерно-зв’язаної логіки

2 Логічні елементи на МОН і КМОН транзисторних структурах

1 Емітерно-зв’язані логічні елементи

Основою будови ЛЕ емітерно-зв’язаних логічних елементів (ЕЗЛ) є потенційний інвертор з перемиканням емітерного струму [2].

Основна перевага ЕЗЛ-елементів перед ТТЛ-елементами – це більша швидкодія. Взагалі серед усіх типів логік, застосовуваних у цифровій електроніці, ЕЗЛ-елементи забезпечують найбільшу швидкодію (нс). Цей феномен викликаний:

- тим що, БТ перемикачів струму працюють у ненасиченому (активному) режимі, і ніколи не переходять до РН;

- обмеженою величиною логічного перепаду .

Втім це обставина приводить до зменшення завадостійкості ЕЗЛ-елементів.

Наступним суттєвим недоліком ЕЗЛ є велика споживна потужність. Це обертається великою розсіюваною елементами ЦІС потужністю і впливає на показники інтеграції таких схем (не можна на одиниці площі розміщувати велику кількість елементів). Тому попри розквіт застосування ЕЗЛ у 80-і роки ХХ ст. (вітчизняні ЕС-ЕОМ, серії 100, К100, 500, К500 і т. п.), сьогодні вони мають дуже мале розповсюдження у світі. Тому тут недоцільно детально вивчати навіть базовий елемент ЕЗЛ серій 100 і 500 [2], обмежившись розглядом лише основних принципів побудови ЕЗЛ-елементів та їх параметрів.

Основна схема емітерно-зв’язаного логічного елемента

Особливістю ЕЗЛ є те, що базовий потенційний інвертор з перемиканням емітерного струму, на якому ЛЕ ЕЗЛ побудований, має два виходи – прямий і інверсний. Це дозволяє розширити логічні можливості ЛЕ: він виконує 2 операції – і. Схема ЕЗЛ-елемента показана на рисунку 10.1.

Рисунок 10.1

Емітери транзисторів ,,, …,із’єднані між собою і підключені до спільного резистора. Вихідні сигнали знімаються з колекторів плечей схеми через емітерні повторювачі і . Емітерні повторювачі забезпечують сумісність логічних елементів між собою за вхідними і вихідними рівнями напруги, а також зменшують вихідні опіри ЛЕ з метою підвищення його навантажувальної здатності і швидкодії.

Розглянемо роботу ЕЗЛ-елемента в позитивній логіці: – високий потенціал;– низький потенціал, причому величина логічного перепаду за входоммає бути більшою за ширину актив­ної зони

.

Нехай на всі входи ЕЗЛ-елемента надходять логічні нулі

.

Усі вхідні транзистори ,, …,закриваються і переходять до режиму відсічки, а опірний транзисторза рахунок напругина базі відкритий і перебуває в активному режимі. Через нього протікає весь емітерний струм. На виходах ЛЕ установлюються потенціали:

,

.

Якщо хоча б на один із входів ЕЗЛ-елемента подається логічна одиниця (наприклад, ), а на решту входів – логічні нулі (), то вхідний транзисторвідкривається і переходить до активного режиму, шунтуючи решту транзисторів,, …,. Збільшення струмуприводить до збільшення позитивного потенціалу на емітері опірного БТ. Цей транзистор закривається, переходячи до режиму відсічки. Загальний емітерний струмпере­микається до лівого плеча схеми, і на виходах ЛЕ установлюються наступні потенціали:

, .

Відтак, даний ЕЗЛ-елемент одночасно виконує дві логічні операції: по входу 1 іАБО по виходу 2.

Наведемо деякі параметри ЕЗЛ-елементів. Для прик­лада візьмемо параметри базового елемента 100, К100 серії, у якого В і який працює у позитивний логіці [1].

Логічні рівні: В, В.

Логічний перепад В.

Порогові значення вхідного сигналу (границі активної зони) ,.

Статична завадостійкість

.

Величина опірної напруги .

Коефіцієнт об’єднання за входом (визначається числом вхідних транзисторів, збільшення їх числа призводить до зменшення швидкодії).

Коефіцієнт розгалуження за виходом (за рахунок впливу емітерних повторювачів).

Швидкодія базового елемента при Ом і це найбільша перевага ЕЗЛ-елементів.

Споживана потужність і це суттєвий недолік ЕЗЛ-елементів, бо вони потребують потужних джерел живлення.