34.Общая структура бис, входные и выходные транзисторы.

Общая структура БИС имеет вид, показанный на рис.1.35.

Рис.1.35 Структура БИС с входными и выходными транзисторами.

Внутри БИС используются различные варианты схем элементов ТТЛ, И²Л, ЭСЛ с малым логическим перепадом U_л. Минимальная величина перепада, достигается для надежного переключения транзисторов, составляющей U_{л min} = 150-200 мВ. Для уменьшения величины Р эти элементы часто имеют пониженное напряжение питания Е=2-3 В. Величина перепада U_л¹ во внешних цепях зависит от предполагаемой области применения микросхем. Для схем ТТЛ со сложным инвертором U_л¹ 3В; для схем ЭСЛ U_л¹ = (0,4-0,8) В. Внешние сигналы с перепадом U_л¹ поступают на входные буферные элементы. На их выходах получаются сигналы, которые имеют уровни U⁰ , U¹ и перепад U_л такие же, как элементы внутренней структуры. Таким образом, входные буферные элементы передают логический сигнал с изменением его перепада и потому называются входными трансформаторами.

Выходные буферные каскады (трансляторы) преобразуют логические сигналы с малым перепадом U_л , в выходные сигналы с периодом U_л¹.Кроме того, выходные трансляторы должны обеспечить достаточно большие выходные токи I_n⁰_{max ,} I_n¹ _max, для нормальной работы нагрузки. Емкость нагрузки БИС может достигать значительных величин (десятков и сотен пФ), чтобы при этом не проходило существенной задержки выходного сигнала, выходные транзисторы должны иметь высокое быстродействие при значительной емкостной нагрузке. Для их питания используется напряжение Е 5 В. В микросхемах ТТЛ в качестве входных транзисторов используются схемы со сложным инвертором (рис.1.36).

а) б)

Рис. 1.36 Входные (а) и выходные (б) транзисторы.

В качестве выходных транзисторов в микросхемах ТТЛ, также используются схемы со сложным инвертором, которые обеспечивают достаточно большую величину U_л¹ 3. В, значительные выходные токи I_n⁰_{max ,} I_n¹_max и относительно высокое быстродействие при большой С_н (рис.1.36,б). Если выходы нескольких микросхем ТТЛ подключаются в общей линии связи (магистрали), то выходные транзисторы должны иметь третье «отключение» состояния. Если сигнал с выхода микросхемы поступает на элемент индикации: лампу, светодиод, жидкий индикатор и т.п. то в качестве выходного каскада используется схема ТТЛ с открытым коллектором (рис.1.36,б).

На входах микросхем И²Л в качестве трансляторов включаются буферные инверторы (рис.1.37).

Рис. 1.37 Входной (а) и выходной (б) Элемент ТТЛ

трансляторы И²Л.

В цифровых системах на микросхемах ЭСЛ входным транслятором служит аналогичный элемент ЭСЛ. В качестве выходного транслятора используется элемент ЭСЛ с перепадом выходного сигнала U_л2¹ ,на входе транслятора включается дополнительный эмиттерный повторитель, который снижает уровни U¹ = 0.ПриU⁰ -U_л, поступающие с выхода элемента сигнал МЭСЛ, на величину U*, чтобы избежать насыщения транзисторов VT1 транслятора. Большинство схем транслятора имеет существенно более высокие значения потребляемой мощности Р_тр и площади А_тр , чем элементы внутренней структуры БИС.

Для уменьшения площади биполярных и МДП – микросхем широко используются физическое совмещение (интеграция) электрических соединенных однотипных областей полупроводника, относящихся к различным компонентам. Например, с помощью совмещения p-n-p и n-p-n транзисторов получен элемент И²Л. Таким образом, физическое совмещение компонентов является перспективным методом для улучшения основных параметров микросхем.