Интегрированная логика впрыска - Integrated injection logic

Упрощенная схема инвертора I2L.

Интегрированная логика впрыска (IIL, я2L, или же I2L) является классом цифровые схемы построен с несколькими коллекторами биполярные переходные транзисторы (BJT).[1] При введении он имел скорость, сопоставимую с TTL но был почти таким же низким, как CMOS, что делает его идеальным для использования в СБИС (и больше) интегральные схемы. С этим семейством логики вентили можно сделать меньше, чем с КМОП, потому что дополнительные транзисторы не нужны. Хотя уровни логического напряжения очень близки (высокий: 0,7 В, низкий: 0,2 В), I2L обладает высокой помехоустойчивостью, поскольку он работает от тока, а не от напряжения. I2L был разработан в 1971 г. Зигфрид К. Видманн и Хорст Х. Бергер кто изначально называл это логика на объединенном транзисторе (MTL).[2]Недостатком этого семейства логических схем является то, что вентили потребляют энергию, когда не переключаются, в отличие от CMOS.

строительство

I2L вентиль ИЛИ-НЕ с двумя входами, двумя выходами и одним входом напряжения для транзистора инжектора тока

Инверторный вентиль I2L построен с PNP транзистор источника тока с общей базой и NPN общий эмиттерный инверторный транзистор с открытым коллектором. На пластине эти два транзистора объединены. Небольшое напряжение (около 0,6 В) подается на эмиттер транзистора источника тока для управления током, подаваемым на транзистор инвертора. Транзисторы используются в качестве источников тока на интегральных схемах, поскольку они намного меньше резисторов.

Поскольку инвертор является открытым коллектором, проводное И операция может выполняться путем соединения выходов каждого из двух или более вентилей вместе. Таким образом разветвление вывода, используемого таким образом, является одним. Однако дополнительные выходы могут быть получены путем добавления дополнительных коллекторов к транзистору инвертора. Ворота могут быть сконструированы очень просто с помощью всего лишь одного слоя соединительного металла.

В дискретной реализации схемы I2L биполярные NPN-транзисторы с несколькими коллекторами могут быть заменены несколькими дискретными 3-контактными NPN-транзисторами, соединенными параллельно, их базы соединены вместе, а их эмиттеры соединены аналогичным образом. Точно так же объединенный транзистор инжектора тока PNP и транзистор инвертора NPN могут быть реализованы как отдельные дискретные компоненты. Транзистор источника тока может быть заменен резистором от положительного источника питания к базе транзистора инвертора, поскольку дискретные резисторы меньше и дешевле дискретных транзисторов.

Операция

Схема IIL

Сердцем схемы I2L является инвертор с открытым коллектором с общим эмиттером. Как правило, инвертор состоит из NPN-транзистора с эмиттером, соединенным с землей, и базой, смещенной вперед. Текущий из текущего источника. Вход подается на базу либо в виде стока тока (низкий логический уровень), либо в виде плавающего состояния с высоким z (высокий логический уровень). Выход инвертора находится на коллекторе. Аналогично, это либо текущий приемник (низкий логический уровень), либо плавающее состояние с высоким z (высокий логический уровень).

Нравиться логика на транзисторах с прямой связью, между выходом (коллектором) одного NPN-транзистора и входом (базой) следующего транзистора нет резистора.

Чтобы понять, как работает инвертор, необходимо понимать протекание тока. Если ток смещения шунтируется на землю (низкий логический уровень), транзистор выключается, а коллектор плавает (высокий логический уровень). Если ток смещения не шунтируется на землю, потому что вход имеет высокое значение z (высокий логический уровень), ток смещения протекает через транзистор к эмиттеру, включая транзистор и позволяя коллектору потреблять ток (низкий логический уровень). . Поскольку выход инвертора может потреблять ток, но не может обеспечивать ток, безопасно соединять выходы нескольких инверторов вместе, чтобы сформировать соединенный логический элемент И. Когда выходы двух инверторов соединены вместе, результатом является вентиль ИЛИ-ИЛИ с двумя входами, поскольку конфигурация (НЕ А) И (НЕ В) эквивалентна НЕ (А ИЛИ B) (согласно Теорема де Моргана ).

Из-за внутренней паразитной емкости транзисторов более высокие токи, поступающие в базу транзистора инвертора, приводят к более высокой скорости переключения, а поскольку разница напряжений между высоким и низким логическими уровнями для I2L меньше, чем для других семейств биполярных логических схем (около 0,5 В вместо около 3,3 или 5 вольт), потери из-за паразитных емкостей заряда и разряда сведены к минимуму.

Применение

I2L относительно просто построить на Интегральная схема, и широко использовался до появления CMOS логика такими компаниями, как Motorola (сейчас же Freescale )[3] и Инструменты Техаса (например. SBP0400 ). В 1975 г. Sinclair Radionics представила одни из первых цифровых часов потребительского уровня, Черные часы, в котором использовалась технология I2L.[4]В конце 1970-х годов RCA использовала I²L в своей 3-разрядной интегральной схеме АЦП CA3162. В 1979 году HP представила прибор для измерения частоты, основанный на изготовленной на заказ микросхеме LSI, которая использует встроенную логику инжекции (I2L) для низкое энергопотребление и высокая плотность, позволяющая работать от портативных батарей, а также некоторые схемы логической схемы эмиттера (EFL), где требуется высокая скорость в HP 5315A / B.[5]

использованная литература

  1. ^ Hart, K ​​.; Слоб А. (октябрь 1972 г.). «Интегрированная логика впрыска: новый подход к LSI». Журнал IEEE по твердотельным схемам. 7 (5): 346–351. Bibcode:1972IJSSC ... 7..346H. Дои:10.1109 / jssc.1972.1052891.
  2. ^ Зигфрид К. Видманн, Хорст Х. Бергер (1972). «Логика на объединенных транзисторах (MTL) - недорогая концепция биполярной логики». Журнал IEEE по твердотельным схемам. 7 (5): 340–346. Bibcode:1972IJSSC ... 7..340B. Дои:10.1109 / JSSC.1972.1052890.
  3. ^ Джарретт, Роберт (1978). «Монолитная микросистема контроля скорости для автомобильных приложений». 1978 Международная конференция по твердотельным схемам IEEE. Сборник технических статей. IEEE. С. 46–47. Дои:10.1109 / ISSCC.1978.1155757.
  4. ^ "Интервью Клайва Синклера по практическим вычислениям в 1982 г.". Получено 21 июн 2014.
  5. ^ «Проект памяти HP: время, эталон частоты и счетчик»

дальнейшее чтение