18. Элементы ттл и дтл с диодами и транзисторами Шотки (тшл).

Использование диодов и транзисторов Шотки в схемах ТТЛ, повышает их быстродействие в качестве VT3 (рис.1.16) используется обычный транзистор, так как он не входит в режим насыщения. Все остальные – транзисторы Шотки. Повышение быстродействия в элементах ТШЛ обусловлено двумя причинами: не учитывается время рассасывания избыточного заряда в транзисторах Шотки, т.е. t_c 0; уменьшается времена спада и нарастания t_{c ,} t_н.

Недостатком элементов ТШЛ является их уменьшение по сравнению с элементами ТТЛ помехоустойчивость U_n⁺ вследствие повышения уровня U₀ и понижения порога V_n:

U⁰ = U_{ост ш} = U* - U*_ш

V_n = 2U* - U_{ост ш} = U* + U*_ш

U_n⁺ = V_n – U⁰ = 2U*_ш.

Падение напряжения на открытом диоде Шотки в современных микросхемах обычно составляет U*_ш = 0,3-0,5 В. Помехоустойчивость элементов ТШЛ составляет U_n⁺ 0,8 В при Т_n⁺ = + 20⁰C и U_n⁺ = 0,3-0,5 В при Т = + 125⁰С.

Применение диодов и транзисторов Шотки позволяет также существенно повысить быстродействие элементов ДТЛ со сложным инвертором. Элементы ДТШЛ используют в цифровых микросхемах с повышенным потреблением мощности. Они обеспечивают типовые значения t₃ 10 нс при потребляемой мощности Р = 1-2 мВт.

Схемы ТШЛ и ДТШЛ являются наиболее перспективной элементной базой для цифровых микросхем среднего и высокого быстродействия, хотя их стоимость больше чем обычных ТТЛ.

19. Типовой элемент эсл. Статические характеристики.

Элементы эмиттерно- связанной логики (ЭСЛ) основаны на переключателях тока и отличаются от других типов ИМС наибольшим быстродействием и большой потребляемой мощностью. Большое быстродействие ЭСЛ – элементов обусловлено тем, что биполярные транзисторы в этих схемах работают без насыщения, т.е. могут находится либо в активном режиме, либо в режиме отсечки. Важным фактором, обеспечивающим увеличение быстродействия, является использование в элементах низкоомных резисторов, обеспечивающих быстрый пере заряд паразитных емкостей, но ценой увеличения потребляемой энергии.

Особенности элементов ЭСЛ определяются использование переключателя тока, порог переключения которого задается внешним опорным напряжением Е_0. Основной вариант схемы (рис. 1.21) состоит из переключателя тока и выходных эмиттерных повторителей. Элемент имеет два выхода: инверсный, на котором реализуется функция F₁= (А + В), и не инверсный, где реализуется F₂=А+В. Таким образом, элемент выполняет комбинированную функцию ИЛИ-НЕ/ИЛИ.

a) б)

Рис. 1.21 Элемент ИЛИ-НЕ-ИЛИ ЭСЛ а) и источник опорного напряжения Е₀ б).

Статические характеристики для обоих выходов F₁ и F₂ элемента показаны на рис.1.22. Когда потенциал на всех входах U_вх = U⁰ < - Е₀, то входные транзисторы VT1 закрыты. Потенциал их коллекторов определяется падением напряжения на резисторе R_к1 при протекании базового тока VT3:

U_к1 = I_бзR_к1 = I_эзR_к1/(+1).

На инверсном выходе F₁ устанавливается высокий потенциал U_{вых 1} = U_к1 – U* = U¹. Опорный транзистор VT2 открыт. Коллекторный ток I_к2 = I_э2 создает падение напряжения на резисторе R_к2 , в результате на коллекторе VT2 устанавливается высокий потенциал U_к2 транзистор VT4 открывается и на выходе F₂ устанавливается потенциал U_{вых 2} = U_к2 – U* = U⁰.

Рис.1.22 Передаточные характеристики ЭСЛ для инверсного (F₁) и не инверсного (F₂) выходов.

Если потенциал на М₀ входах U_вх = U¹ > - E₀, то соответствующие входные транзисторы открыты, а транзистор VT2 закрыт. Суммарное значение коллекторных токов I_к1 = М₀ I_э1 транзисторов VT1, VT1¹, вызывает снижение потенциала U_к1 до уровня (I_к1R_к1).В результате на инверсном выходе F₁ схемы устанавливается низкий потенциал: U_{вых 1}= U_к1 – U* = U⁰. На не инверсном выходе F₂ при этом поддерживается высокий потенциал U¹.

Схема переключается при U_вх = V_n = - E₀. Чтобы обеспечить помехоустойчивость U_n⁺ = U_n^- , величину Е₀ следует выбирать равной E₀ = 0,5(U⁰ + U¹). Ширина зоны неопределенности V_n = 0,15-0,21 величины Е_0, а также U⁰ и U¹ изменяются под влиянием температуры и других факторов. Для работоспособности такой источник опорного напряжения, в котором изменения - Е₀ = V_n компенсируют изменения уровней U⁰ ,U¹ . Эффект компенсации достигается при использовании Е₀ , показанного на рис. 1.21,б который располагается на одном кристалле со схемой ЭСЛ. При компенсации порог переключения V_n = - E₀ сохраняет среднее положение между уровнями U⁰ ,U¹ . Обычно один источник дает опорное напряжение для нескольких (до 5-10) элементов ЭСЛ, размещенных на одном кристалле.

Использование в элементах ЭСЛ отрицательного напряжения питания объясняется тем, что при этом колебания напряжения Е значительно меньше влияют на значение уровней U⁰ ,U¹ , что особенно важно для схем с малым логическим перепадом Е = 4-5. Для экономии мощности эмиттерные повторители часто подключают к отдельному источнику питания Е_э = -2В.