вход Вход Регистрация



Логические элементы (И2Л) в литературе имеют различные названия: интегральная инжекционная логика (И2Л), совмещенная транзисторная логика (СТЛ) и транзисторная логика с инжекционным питанием (ТЛИП).

СТЛ представляет собой физически объединенные (совмещенные) горизонтальные (или боковые) р-n-р транзисторы (VTp) и вертикальные n-р-n (VTn) транзисторы.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.18 – Структура (а), схема (б) и

УГО (в) интегральной инжекционной логики

 

Эмиттерная область VTp называется инжектором и подключается к ип. Общая n-область база VTp и эмиттер VTn и заземляется. Коллектор VTp и база VTn представляют единую область р-типа. Оба транзистора могут быть многоколлекторными (МКТ).

ИМС типа И2Л являются перспективными ЦИМ нового поколения на биполярных транзисторах.

С помощью схем типа И2Л удалось преодолеть традиционные недостатки биполярных ИС: малую плотность компоновки и высокую рассеиваемую мощность на вентиль. По степени интеграции схемы И2Л даже превосходят МОП- схемы, а по уровням рассеиваемой мощности сопоставимы с КМОП- схемами, по быстродействию – с биполярными ИС (tзд.ср?5нс). Небольшая рассеиваемая мощность И2Л – схема объясняется отсутствием резисторов, а большое быстродействие при малых мощностях потребления – незначительными паразитными емкостями, отсутствием накопления заряда и небольшой разницей логических уровней.

Принцип инжекционного питания заключается в том, что с помощью бокового р-n-р транзистора-инжектора (ТИ) реализуется цепь генератора тока (где n – число коллекторов ТИ) базы многоколлекторного вертикального n-р-n транзистора (МКТ), выполняющего функцию инвертора логического сигнала (рисунок 1.19, а). Такая конфигурация строится на безрезисторной структуре, в которых резисторы заменяют генераторами постоянного тока I0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1.19 – Вентиль на И2Л (а), схема И2Л типа ИЛИ-НЕ и ИЛИ (б)

Работа вентиля (рисунок 1.19, а) основана на том, что логический сигнал А изменяет направление и ток IH . При А=1 ток течет по пути I0. При А=0 ток течет по пути I0. В первом случае осуществляется инжекция неосновных носителей (дырок) для VTИ в базу VTИ или, что то же самое, в эмиттер МКТ, это вызывает смещение перехода Б-Э и перехода К-Б. МКТ в прямом направлении, МКТ переходит в режим насыщения, при этом напряжение между К-Б мало, т.е. UКБ= 0,01...0,06В (вентиль МКТ замкнут). При подаче на вход А=0 ток инжекции прекращается, поскольку база VTИ оказывается под потенциалом коллектора ТИ, а ток определяется утечкой обратно смещенного перехода Э-Б VTИ. При этом ток перестает течь по пути I0, что вызывает резкое увеличение выходного сопротивления МКТ, попадающего на границу активного режима и режима отсечки. Вентиль МКТ оказывается разомкнутым, при этом UКЭ?0,6В, что соответствует уровню логической 1 (при Еп=1,5В).

С точки зрения схемотехники И2Л имеют ряд особенностей. Одна из основных заключается в том, что МКТ И2Л имеют малый нормальный (?=2...20) и большой инверсный (?1>100) коэффициенты усиления в противоположность обычным биполярным МЭТ. Это объясняется тем, что нормальный коэффициент МКТ прямо пропорционален отношению , где Ski, SЭ – площади i-го коллекторного и эмиттерного переходов. Поскольку <<1, то ? мало. Чем больше число коллекторов МКТ, тем меньше ?, при этом . Следует отметить, что для увеличения ?? желательно создать не одноколлекторный транзистор с большой площадью коллекторного перехода, а МКТ с параллельным соединением коллектора. Однако увеличение числа коллекторов приводит к ухудшению динамических характеристик схемы из-за увеличения емкости коллекторного перехода.

Следующая особенность И2Л-схем состоит в том, что в них рабочие токи IК могут изменяться в широком диапазоне (от мкА до мА) в зависимости от площадей транзисторов и их коэффициентов усиления. Благодаря этому на одной и той же подложке можно реализовать как микромощную И2Л-схему, так и схему с рабочими токами в несколько миллиампер. Следует отметить, что зависимость значения ? от IК и от температуры довольно слабая. В диапазоне Ik=1мкА…1мA и Т=0?…+70 можно считать постоянным.

Третья особенность И2Л состоит в том, что они имеют малые рабочие сигналы: . Из-за малой толщины базы и эмиттера И2Л -схемы имеют наибольшие напряжения пробоя (2...5В) в обратно смещенных коллекторных переходах транзисторов.

При выполнении операции ИЛИ-НЕ () два вентиля инвертора МКТ1 и МКТ2 объединяют по коллекторным цепям (рисунок 1.19, б). Для образования операции ИЛИ () применяется дополнительный инжекционный инвертор. Достоинства И2Л – отсутствие резисторов (и связанные с этим экономия площади, уменьшение мощности, уменьшение Еп и времени задержки), малая емкость коллектора и малое остаточное напряжение на насыщенных транзисторах.

 

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