Диодно-транзисторная логика - Diode–transistor logic

«DTL» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. DTL (значения).

Диодно-транзисторная логика (DTL) является классом цифровые схемы это прямой предок транзисторно-транзисторная логика. Он называется так потому, что функция логического стробирования (например, И) выполняется диодной цепью, а функция усиления - транзистором (в отличие от RTL и TTL ).

Реализации

Схема базового двухвходового логического элемента DTL NAND. R3, R4 и V− сдвигают положительное выходное напряжение входного каскада DL ниже земли (для отключения транзистора при низком входном напряжении).

Схема DTL, показанная на рисунке, состоит из трех этапов: входной диодная логика каскад (D1, D2 и R1), каскад сдвига промежуточного уровня (R3 и R4) и выходной каскад усилителя с общим эмиттером (Q1 и R2). Если на обоих входах A и B высокий уровень (логическая 1; около V +), то диоды D1 и D2 имеют обратное смещение. Резисторы R1 и R3 затем будут подавать ток, достаточный для включения Q1 (переводить Q1 в насыщение), а также обеспечивать ток, необходимый для R4. На базе Q1 будет небольшое положительное напряжение (ВБЫТЬ, около 0,3 В для германия и 0,6 В для кремния). Коллекторный ток включенного транзистора затем подтянет выход Q к низкому уровню (логический 0; VCE (сб), обычно менее 1 вольт). Если на одном или обоих входах низкий уровень, то, по крайней мере, один из входных диодов проводит и снижает напряжение на анодах до значения менее примерно 2 вольт. Затем R3 и R4 действуют как делитель напряжения, который делает базовое напряжение Q1 отрицательным и, следовательно, отключает Q1. Ток коллектора Q1 будет по существу нулевым, поэтому R2 поднимет выходное напряжение Q на высокий уровень (логическая 1; около V +).

Дискретный

В IBM 1401 (объявлено в 1959 г.[1]) использовали схемы DTL, аналогичные схеме, показанной на рисунке.[2] IBM назвала эту логику «транзисторной диодной логикой» (CTDL).[3] CTDL избежал ступени сдвига уровня (R3 и R4) за счет чередования вентилей на основе NPN и PNP, работающих от разных напряжений источника питания. 1401 подержанный германий транзисторы и диоды в его основных затворах.[4] 1401 также добавил индуктор последовательно с R2.[4][5] Физическая упаковка использовала Стандартная модульная система IBM.

Интегрированный

В версии затвора DTL с интегральной схемой R3 заменен двумя последовательно включенными диодами смещения уровня. Также нижняя часть R4 соединена с землей, чтобы обеспечить ток смещения для диодов и путь разряда для базы транзистора. Результирующая интегральная схема работает от единственного источника питания.[6][7][8]

В 1962 г. Печатки представила семейство серии SE100, первые микросхемы DTL большого объема. В 1964 г. Fairchild выпустила семейство микрологов DTμL серии 930, которые имели лучшую помехозащищенность, меньший размер кристалла и меньшую стоимость. Это было наиболее коммерчески успешное семейство DTL, скопированное другими производителями микросхем.[9][10]

Улучшение скорости

Цифровые часы сделаны только на дискретных транзисторах, диодах и резисторах, без интегральных схем. В этих часах используются 550 переключающих диодов и 196 транзисторов, чтобы делить частоту линии электропередачи 60 Гц до одного импульса в секунду и обеспечивать отображение часов, минут и секунд.

DTL Задержка распространения относительно большой. Когда транзистор переходит в насыщение из-за высокого уровня всех входов, заряд сохраняется в базовой области. Когда он выходит из состояния насыщения (один вход становится низким), этот заряд должен быть удален, и он будет доминировать во времени распространения.

Один из способов ускорить DTL - добавить небольшой «ускоряющий» конденсатор через R3. Конденсатор помогает выключить транзистор, снимая накопленный базовый заряд; конденсатор также помогает включить транзистор, увеличивая начальную базу.[11]

Другой способ ускорить DTL - избежать насыщения переключающего транзистора. Это можно сделать с помощью Зажим Бейкера. Зажим Бейкера назван в честь Ричарда Х. Бейкера, который описал его в своем техническом отчете 1956 года «Коммутационные схемы с максимальной эффективностью».[12]

В 1964 г. Джеймс Р. Биард подал патент на Транзистор шоттки.[13] В его патенте диод Шоттки предотвращал насыщение транзистора за счет минимизации прямого смещения на переходе коллектор-база транзистора, тем самым уменьшая инжекцию неосновных носителей до незначительной величины. Диод также мог быть встроен в тот же кристалл, он имел компактную компоновку, не имел накопителя заряда неосновных носителей и был быстрее, чем обычный диод с переходом. Его патент также показал, как транзистор Шоттки можно использовать в схемах DTL и повысить скорость переключения других схем с насыщенной логикой, таких как Schottky-TTL, при невысокой стоимости.

Соображения по взаимодействию

Большое преимущество перед предыдущими резисторно-транзисторная логика увеличена фан-ин. Дополнительно для увеличения разветвления можно использовать дополнительный транзистор и диод.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ computermuseum.li
  2. ^ IBM 1401 также мог использовать логику текущего режима.
  3. ^ IBM 1960, п. 6
  4. ^ а б Логика IBM 1401 В архиве 2010-08-09 в Wayback Machine Проверено 28 июня 2009.
  5. ^ IBM (1960). Инженерное руководство заказчика по инструкции: схемы компонентов транзисторов (PDF). IBM. Форма 223-688 (5М-11Р-156). Получено 2012-04-24.
  6. ^ Делхэм, Луис А. (1968), Конструкция и применение схем переключения транзисторов, Texas Instruments Electronics Series, McGraw-Hillна странице 188 указано, что резистор заменен одним или несколькими диодами; на рисунке 10-43 показаны 2 диода; цитирует Шульца 1962 г.
  7. ^ Шульц, Д. (август 1962 г.), "Высокоскоростной диодно-сопряженный вентиль NOR", Твердотельный дизайн, 1 (8): 52, OCLC  11579670
  8. ^ Мир ASIC: "Диодно-транзисторная логика"
  9. ^ 1963: Представлены семейства стандартных логических ИС; Музей истории компьютеров.
  10. ^ История монолитных интегральных схем; Эндрю Уайли.
  11. ^ Рор, Уильям Д., изд. (1963), Справочник по высокоскоростным переключающим транзисторам, Motorola, Inc.. На странице 32 говорится: «При изменении входного сигнала заряд конденсатора принудительно попадает в базу транзистора. Этот заряд может эффективно нейтрализовать накопленный заряд транзистора, что приводит к сокращению времени хранения. Этот метод очень эффективен, если выходной импеданс предыдущего каскада низкий, так что пиковый обратный ток в транзисторе высок ».
  12. ^ Бейкер, Р. Х. (1956), «Цепи переключения с максимальным КПД», Отчет лаборатории Линкольна MIT TR-110[постоянная мертвая ссылка ]
  13. ^ *США 3463975, Биард, Джеймс Р., "Унитарное полупроводниковое высокоскоростное коммутационное устройство, использующее барьерный диод", опубликовано 31 декабря 1964 г., выпущено 26 августа 1969 г. 
  14. ^ Миллман, Джейкоб (1979). Цифровые и аналоговые схемы и системы микроэлектроники. Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл. С. 141–143. ISBN  0-07-042327-X.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка