вход Вход Регистрация



Элементы ЭСЛ – наиболее скоростные из промышленно освоенных, изготовляемых на основе кремния.

В элементах ЭСЛ (ECL от англ. Emitter-coupled logic) используется токовый ключ (рисунок 1.14) в котором ток IЭ приблизительно постоянен и под воздействием входного сигнала x переключается в одно из плеч цепи. Транзистор правого плеча VТ2 имеет на базе постоянное опорное напряжение , а напряжение на базе транзистора VТ1 выше опорного при x =1 и ниже, если x =0.

Таким образом, уровни напряжений, отображающие логическую единицу и логический нуль, знакопеременны относительно опорного напряжения и расположены симметрично относительно него.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1.14 – Схема токового ключа (а) и базового элемента ЭСЛ (б)

 

Если предположить, что напряжения на базах обоих транзисторов одинаковы, то схема окажется симметричной по конфигурации и по режимам обоих транзисторов, следовательно, в ней ток IЭ разделится пополам между плечами VТ1 и VТ2 (параметры схемных элементов считаем идентичными). Если теперь представить, что входное напряжение несколько увеличилось, то можно оценить влияние этого на распределение токов между транзисторами. Естественно, что транзистор VТ1 несколько приоткроется и ток его увеличится. По отношению к общей точке эмиттеров транзистор VТ1 работает как эмиттерный повторитель, и на эмиттерах возникнет положительное приращение напряжения, которое несколько уменьшит ток транзистора VТ2. Так, связанные через общую точку эмиттеров транзисторы влияют друг на друга – увеличение тока одного из них ведет к уменьшению тока другого. Для практически полного переключения тока из одного плеча в другое достаточно перепада входного сигнала в 350...400мВ.

С учетом необходимой помехоустойчивости элементов и влияния изменений температуры на режим схемы перепад входного напряжения несколько увеличивают, но и в этом случае он остается в пределах долей вольта.

Быстродействие токового ключа весьма велико, так как транзисторы в нем работают в режимах, позволяющих максимально использовать их частотные возможности: отсутствует режим насыщения, перепады напряжений при изменении логического состояния цепи малы, поэтому могут быть малыми и сопротивления резисторов (на них образуются перепады выходных напряжений), что уменьшает постоянные времени перезаряда нагрузочных емкостей.

Т.о., токовой ключ выполняет операции и , т.е. два выхода взаимно инверсны. Такой выход можно сделать, учитывая, что более высокий уровень потенциала, равный потенциалу общей точки, снимаемому с коллектора запертого транзистора, соответствует логической единице, а низкий уровень , снимаемый с открытого транзистора, соответствует логическому нулю. По абсолютным значениям уровни выходных сигналов отличаются смещением в сторону «плюса» (без этого нельзя осуществить ненасыщенный режим работы транзисторов).

Следовательно, невозможно непосредственное каскадирование рассмотренных схем – входной сигнал следующего за первым токового ключа уже не будет симметричным относительно опорного напряжения. Для устранения указанной особенности в цепи передачи сигнала с выхода одного элемента на вход другого следует включать дополнительные элементы, смещающие уровни сигналов. В таком качестве используются эмиттерные повторители (ЭП), напряжение на выходе которых повторяет входное, но смещенное относительно него на относительно постоянное напряжение база - эмиттер (около 0,7В). Одновременно с этим ЭП обеспечивают малые выходные сопротивления, позволяющие быстро перезаряжать нагрузочные емкости.

Базовый логический элемент ЭСЛ образуется при замене входного транзистора токового ключа группой параллельно включенных транзисторов. На рисунке 1.14, б показан такой элемент с конкретными особенностями, свойственными сериями ЭСЛ и, в частности, серии К500. Схема содержит источник опорного напряжения, состоящий из делителя напряжения R1-R2 и эмиттерного повторителя на транзисторе VТ? и резисторе R3, через который напряжение с делителя подается на базу опорного транзистора VТоп. Диоды VD1 и VD2 обеспечивают температурную компенсацию уходов параметров схемы.

Входы схемы соединены компактными высокоомными пинч-резисторами (50кОм) с источником питания, что позволяет не подключать неиспользуемые входы элемента к каким-либо внешним потенциалам. Для элементов ИЛИ-НЕ/ИЛИ на неиспользуемые входы нужно подавать логические нули, их роль и играет соединение источника питания с отрицательным потенциалом. Если данный вход используется, то влияние на его режим резистора R очень мало из-за высокоомности резистора. Сопротивления, входящие в схемы выходных ЭП, сделаны внешними, чтобы уменьшить рассеяние мощности в корпусе микросхемы и иметь разные варианты реализации выходных цепей. При обычной нагрузке сопротивление 0,3...2,0кОм включается между эмиттером выходного транзистора и стандартным источником питания (около – 5В), а при передаче сигнала по согласованным по волновому сопротивлению линиям, когда требуется малое выходное сопротивление схемы, сопротивление берется равным 50...100Ом, и чтобы не создавался недопустимо большой ток выходного эмиттерного повторителя, это сопротивление подключается к пониженному напряжению (около – 2В).

Цепи общей точки для логической части схемы и выходных ЭП во избежание помех со стороны последних выполняются раздельно, что условно показано на рисунке 1.14, б.

Базовый элемент работает следующим образом. Если хотя бы на одном входе имеется логическая единица, т.е. высокий уровень напряжения, то соответствующий транзистор открывается и ток IЭ замыкается через , снижая уровень выходного напряжения на выходе Uвых1. Если на всех входах будут логические нули, то откроется транзистор топ правой ветви, что одновременно приведет к запиранию всех транзисторов левой ветви и повышению напряжения Uвых1. Из сказанного ясно, что

 

 

Сигналы на выходах Z1 и Z2 противофазны, поэтому

 

 

Поскольку выполняются одновременно операции ИЛИ/НЕ и ИЛИ, элемент обладает повышенной функциональной гибкостью.

Более сложные логические операции могут выполняться несколькими путями – c помощью соответствующего соединения базовых элементов и специальных различных приемов и вариантов, некоторые из которых даются ниже.

Один из приемов состоит в объединении нескольких выходов (рисунок 1.15). При параллельной работе нескольких ЭП (на рисунке взяты лишь два повторителя) на выход схемы проходит максимальный из входных сигналов, запирая одновременно те транзисторы, на базах которых действует более низкий потенциал. Для получения на выходе логической единицы достаточно одной логической единицы на входах. При подаче на входы только нулевых сигналов все транзисторы находятся в одинаковых режимах и совместно работают на общую нагрузку, создавая на ней низкий уровень логического нуля. Таким образом, объединение эмиттеров выходных каскадов нескольких элементов дает дополнительно монтажную реализацию операции ИЛИ.

 


Рисунок 1.15 – Схема логического элемента

с объединением выходов эмиттерных повторителей

 

Широкое применение находят приемы применения многоярусных переключателей тока. На рисунке 1.16 показана схема двухъярусного переключателя тока со всего лишь одним источником тока (для стабилизации тока введена цепь И, RЭ, Uоп1, представляющая собой каскад с общей базой, имеющий высокое выходное сопротивление, что стабилизирует ток источника). Задаваемый источником ток переключается далее в нескольких ярусах, в каждом из которых направляется в ту или иную цепь с помощью одной из входных переменных (на рисунке 1.16 показана схема для двух переменных).

 


 

 

Рисунок 1.16 – Схема двухъярусного переключателя тока

 

Для многоярусного переключателя требуется несколько опорных напряжений и элементы смещения уровней входных сигналов, поступающих на разные ярусы (VT7, VD1).

Схема на рисунке 1.16 иллюстрирует использование многоярусного переключателя для реализации функции (логическая структура такой схемы описана в подразделе 1.4.3 (рисунок 1.12, в)).

Применение многоярусных переключателей при воспроизведении сложных функций от двух или трех переменных позволяет уменьшить потребляемую схемой мощность и обеспечивает высокое быстродействие. Экономится также площадь кристалла, затрачиваемая на реализацию схемы.

Разработаны и широко применяются ЭСЛ с очень высоким быстродействием, - это Э?СЛ и МЭСЛ.

© 2017
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру