Цифровые микросхемы интегральной инжекционнойлогики

Рассмотренные ранее логические элементы ДТЛ, ТТЛ, ЭСЛ строят на транзисторах, диодах, резисторах. Однако при интегральной технологии изготовление транзисторов оказывается более предпочтительным, чем изготовление резисторов, особенно высокоомных. Основные причины этого:

• высокоомный резистор занимает большую площадь подложки кристалла, чем транзистор;

• затруднительно обеспечить малый разброс и высокую стабильность сопротивления резистора;

• резистор является элементом переключающих устройств, на котором рассеивается потребляемая мощность, что ухудшает тепловой режим логического элемента.

Для создания интегральных схем стала широко применяться интегрально-инжекционная логика (И²Л) — один из наиболее перспективных классов логических микросхем на биполярных транзисторах. Транзистор с инжекционным питанием (рис.13) может быть создан с помощью хорошо освоенного метода двойной диффузии на подложке n-кремния, он совместим с технологией изготовления биполярных транзисторов.

Рис.13

Параллельное соединение нескольких элементов И²Л, как показано на рис. 14, образует логический элемент ИЛИ-НЕ .

Рис. 14

Если оба входа закоротить (состояние логического нуля на входах X1 = 0, Х2 = 0), то ток I, не потечет в базы транзисторов VT1, VT2, они будут закрыты. Это состояние соответствует логической 1 на выходе. Если один (или оба) входа разомкнуть X1 = 1 (или Х2 = 1), то ток I_k потечет в базу VT1 (или VT2), откроет его до насыщения и обеспечит тем самым режим короткого замыкания на выходе — состояние логического 0.

Инжекционная логика с диодами Шоттки

Введение диодов Шоттки (ДШ) в схемы И²Л обеспечивает увеличение быстродействия путем исключения накопления неравновесных носителей при прямом смещении (диффузионные емкости) и уменьшения логических перепадов, а также упрощает структуру логической схемы за счет электрической развязки логических цепей. Логический перепад снижается до величины U_Л = 0,3-0,4 В.

Уменьшение задержки обеспечивается в элементах с диодами и транзисторами Шоттки (рис 16). Транзистор Шоттки образуется путем включения диода Шоттки, VD_шо шунтирующего переход коллектор-база. Развязывающий VD_шо и шунтирующий VD_шо должны иметь различную высоту потенциального барьера. Логический переход в таких элементах И²Л составляет примерно U_л = 150-200 мВ. Вследствие малых значений U_л и t_эд для данной схемы характерно высокое быстродействие и низкая работа переключения.

_{Рис. 16}

Таким образом, по своим основным параметрам: потребляемой мощности, площади, занимаемой на кристалле, другим И²Л — элементы наиболее перспективны для построения микросхем высокой степени интеграции, содержащих сотни и тысячи элементов на одном полупроводниковом кристалле. Одной из важнейших областей их применения является создание БИС микропроцессоров.