Основе емитера-склопљене логике

ФАРМИМ М.ДАКОВ НА ОСНОВЕ В WOT BLITZ (Јун 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Основе емитера-склопљене логике


Овај чланак ће прегледати рад основног ЕЦЛ претварача / бафера, а затим ћемо погледати неке од најважнијих особина ове логичке породице.

Емитер-везана логика (ЕЦЛ) је логичка фамилија базирана на БЈТ-у, која се генерално сматра најједноставнијом логиком. ЕЦЛ постиже брзу операцију применом релативно малих напона и спречавање улаза транзистора у регион засићења. Крајем шездесетих година прошлог века, када је стандардна ТТЛ породица понудила одлагање од 20 нс врата, а породица ЦМОС 4000 је имала кашњења од 100 нс или више, ЕЦЛ је понудио невероватно кашњење од само 1 нс!

Овај чланак ће прегледати рад основног ЕЦЛ претварача / бафера, а затим ћемо погледати неке од најважнијих особина ове логичке породице.

Емитер-спојена логика

Емитер-спојена логика је брза биполарна логичка породица. Да бисмо се упознали са овом логиком, проучимо ЕЦЛ претварач / бафер као што је приказано на слици 1. На овој слици, $$ В_ {ин} $$ је улаз врата, $$ В_ {оут -} $$ је инверзна верзија $$ В_ {ин} $$ и $$ В_ {оут +} $$ је комплемент од $$ В_ {оут -} $$. У овом конкретном примеру, $$ В_ {оут +} $$ се може сматрати поузданом верзијом улаза. Штавише, $$ В_ {ББ} $$ је одговарајући напон (4В на слици 1). Хајде да дефинишемо логику високу и логику ниску као 4.4 В и 3.6 В, респективно, и испитати рад кола на слици 1.

Слика 1. ЕЦЛ претварач / пуфер

Претпоставимо да је $$ В_ {ин} $$ логично висока (4, 4 В), па ће емитер К1 бити око 4, 4-0, 6 = 3, 8 В. Према томе, напон основног емитера за К2 ће износити 0, 2 В. Ова основна- напон емитера није довољан да укључи К2. Отуда, отпорник Р2 ће повући колектор К2 до Вцц = 5 В.

Да израчунамо колекторски напон $$ В_ {ц1} $$, треба напоменути да ће струја која протиче кроз Р3, која је $$ \ тфрац {3.8В} {1.3к \ Омега} = 2.92мА $ $, проћи кроз К1 . Дакле, добијамо $$ В_ {ц1} = 5В-300 \ Омега \ тимес 2.92мА = 4.12В $$ (да поједноставимо израчунавање, претпоставили смо да је струја колектора једнака струји емитера). Следбеници емитера К3 и К4 ће деловати као бафери да преносе колекторски напон кола (К1 и К2) на финалне излазе ЕЦЛ капије, $$ В_ {оут -} $$ и $$ В_ {оут +} $ $. Претпостављајући напон базичног емитера од 0.6В за К3 и К4, добијамо $$ В_ {оут +} $$ = 4.4В и $$ В_ {оут -} $$ = 3.52В. Као што видите, примена логике високог инпута даје логику високу од $$ В_ {оут +} $$ и ниво напона врло близу дефинисаном логичком ниском (3.6 В) на $$ В_ {оут -} $$. Стога, круг на слици 1 служи као инвертор / пуфер.

Ако применимо логички низак напон (3.6В) на улаз врата, К2 ће се укључити и К1 ће бити искључен. Ово ће довести до логике високе на $$ В_ {оут -} $$ и ниво напона врло близу логичке ниске (3.61 В) на $$ В_ {оут +} $$.

Сада када сте упознати са ЕЦЛ претварачем / бафером, требали бисте бити у могућности провјерити да коло на слици 2 имплементира ИЛИ функцију а и б или НОР функцију а и б, у зависности од тога како су позитивни и негативни излази се користе.

Слика 2

Низак напонски замах

Као што видите, разлика у напону између логичке висине и ниске ЕЦЛ капице је знатно мања од оне у ЦМОС или ТТЛ логичкој капији. Ова разлика у ниском напону смањује време потребно за прелазак од логике до ниске логике или обрнуто. Као резултат, ЕЦЛ логика нуди већу фреквенцију рада.

Избегавање засићења

Поред ниске напонске разлике између нивоа логике, постоји још један механизам који значајно доприноси великој брзини рада ЕЦЛ капије. Трик је да спријечите улазак биполарних транзистора у регион засићења. Искључивање засићеног биполарног транзистора захтева уклањање или рекомбиновање неких носача насталих у подручју транзистора.

Ако применимо прелаз који је низак до ниског преласка на улаз засићеног БЈТ-а, транзисторски излаз се неће променити све док се не напуни пуњење у бази. Ово уводи додатно кашњење, звано вријеме складиштења, на рад БЈТ-а који се користи као прекидач. Након времена складиштења, транзистор излази из засићења и излаз транзистора почиње да одговара на улаз.

Ако су изабране одговарајуће вредности отпорника, ЕЦЛ логика спречава транзисторе да уђу у засићење. На пример, на слици 1, Р1, Р2 и Р3 се бирају тако да напон колектора К1 и К2 не може бити мањи од око 4.1 В. На основу горе наведене расправе, максимални напон емитера К1 и К2 је око 3.8 В Стога је напон колектора и емитера ових два транзистора увек већи од $$ В_ {Ц (мин)} - В_ {Е (мак)} $$ = 4.1 В-3.8 В = 0.3 В. Ово је веће од напон насумичења колектора-емитер који је око 0, 2 В. Стога, К1 и К2 не могу ући у област засићења.

Као што је већ речено, ЕЦЛ избегава проблем са временом складиштења правилним одабиром вредности отпорника. Пошто време складиштења може представљати значајан део кашњења пропагације у другим логичким породицама, постоји неколико других метода за смањење овог нежељеног ефекта.

Позитивно референтни ЕЦЛ

Вриједно је напоменути да су старије ЕЦЛ фамилије користиле негативни напон напајања, као што је приказано на Слици 3. Зато ЕЦЛ гате, као што је Слика 1, који користи позитиван напон напајања, означава се као позитивни ЕЦЛ или ПЕЦЛ (изговарано "пецкле ").

Слика 3

Имунитет буке био је главни разлог за кориштење негативног напајања са раним ЕЦЛ капијама. Како се показује анализа ЕЦЛ претварача / бафера, излазни напони ЕЦЛ гатеса зависе од вредности $$ В_ {ЦЦ} $$. На примјер, логичка висина је једнака $$ В_ {ЦЦ} -В_ {БЕ} $$, гдје је $$ В_ {БЕ} $$ базични-емитер пад напона емитера следбеника. Логички низак је $$ В_ {ЦЦ} -В_ {БЕ} -В_ {гате} $$, где је $$ В_ {гате} $$ разлика напона између висока и ниска логика, што је одређено вриједношћу отпорници. Према томе, сваки шум на $$ В_ {ЦЦ} $$ ће директно утицати на излазне напоне ЕЦЛ гате-а.

Уопштено је лакше постићи стабилан, ниско-шумни земни чвор него стабилан, ниско-шумски напон напајања. Раније ЕЦЛ породице су користиле негативну снабдијевање, а земља је кориштена као референца за излазне напоне гатеа; ово је довело до боље буке имунитета. Међутим, ПЕЦЛ је постао популаран јер се лакше повезује са другим логичким породицама као што је ТТЛ.

Ако се користи негативан извор напајања, чисто тло мора бити распоређено у читавом дијелу заснованог на ЕЦЛ-у. Иста разматрања треба применити на дистрибуцију електричне енергије када се користи ЕЦЛ са позитивним референцама. На примјер, ако се у систему користе и ТТЛ и ЕЦЛ, препоручује се кориштење одвојених плоча снаге за двије логичке фамилије, тако да транзијенти пребацивања ТТЛ не утичу на ЕЦЛ операцију.

Повер Диссипатион

На слици 1, видјели смо да промена логичког стања улаза чини тренутни проток кроз било К1 или К2. Међутим, треба напоменути да је укупна струја која пролази кроз К1 и К2 скоро иста за улаз који има високу логичку вредност, као што је то за логички низак улаз. Као резултат, дисипација снаге прве фазе ЕЦЛ кола је скоро константна.

Током трансмисије напона, ЦМОС логичка врата доводе до прелазних сметњи у напону напајања. Главна предност ЕЦЛ-а је да понашање тренутног управљача улазне фазе (тј. К1 и К2) не узрокује поремећаје у начину на који ЦМОС прекидање ради.

Међутим, овај учинак буке постиже се по цену снимања статичне енергије. Имајте на уму да ЦМОС гате троши енергију само током прелазака напона, док диференцијални пар формиран од стране К1 и К2 (види Слику 1) скоро увек привлачи око $$ \ тфрац {4В} {1.3к \ Омега} \ аппрок 3мА $$ од $ $ В_ {ЦЦ} $$.

Ако се фокусирамо на статичку потрошњу енергије, ЕЦЛ је логична фамилија велике снаге. Међутим, ако се узме у обзир динамичка потрошња енергије, ЕЦЛ може бити ефикаснији од ЦМОС-а, поготово пошто се фреквенција рада повећава. Ово је приказано на слици 4.

Слика 4. Имаге цоуртеси оф ОН Семицондуцтор.

Испод 20 МХз, ЕЦЛ повлачи више струје снаге него ЦМОС, али док извлачимо изван ове фреквенције, ЕЦЛ постаје ефикаснији. Због тога је ЕЦЛ атрактивно решење за дистрибуцију такта високе фреквенције.

Као коначна напомена, следбеници емитера (погледајте Слику 1) морају обезбедити велике излазне струје за пуњење капацитета капацитета, а самим тим и могу проузроковати значајна прелазна одступања у напону напајања. Према томе, у неким случајевима препоручљиво је користити две одвојене линије напајања: један за улазну фазу и један за емитерове следбенике. Ово може спречити поремећаје снабдевања електричном енергијом генерисане од стране емитерских потрошаца од контаминације ЕЦЛ диференцијског пара.

Резиме

ЕЦЛ се сматра логичном породицом велике брзине. Постиже брзу операцију помоћу релативно малих напона и спречавања улаза транзистора у регион засићења.

Имплементација ЕЦЛ која користи позитиван напон напајања назива се ЕЦЛ или ПЕЦЛ позитивни референт. Имунитет буке био је главни разлог за кориштење негативног напона напајања са раним ЕЦЛ капијама. Касније је ПЕЦЛ постао популаран јер су нивои логике компатибилни са онима из других логичких породица као што је ТТЛ.

ЕЦЛ распршује релативно велику количину статичке снаге, али његова укупна потрошња струје је нижа од оне у ЦМОС-у на високим фреквенцијама. Дакле, ЕЦЛ је нарочито повољан у колу дистрибуције такта и другим високофреквентним апликацијама.

Да бисте видели комплетну листу мојих чланака, молимо посјетите ову страницу.