2.3.7. Базові елементи емітерно-зв’язаної логіки (езл)

Базовий елемент ЕЗЛ реалізується на основі перемикачів струму за схемою диференціального каскаду, який розглянутий у другому параграфі поточного розділу. Як видно зі схеми базового елементу (рис. 2.44, елемент серії К500), логічна функція 2АБО-НІ реалізується на базі паралельно з’єднаних транзисторів VT1 і VT4, що недопустимо на практиці внаслідок проблеми перехоплення струму. В ЕЗЛ перехоплення струму немає з наступних причин:

• пороговий рівень напруги різних логічних елементів задається зовнішнім джерелом напруги E₀ , яке встановлюється з високою точністю і стабілізується в широкому температурному діапазоні;

• вхідний опір розглядаємих схем значно вищий, ніж схем насичених ключів завдяки наявності емітерного резистора R₆ .

Рис. 2.45

Вихідні емітерні повторювачі по інверсному і прямому виходах, виконані на транзисторах VT5, VT6, забезпечують формування струму навантаження з запасом, достатнім для швидкого перезаряду ємностей навантаження.

На рис. 2.45, а приведена схема підключення логічного елемента. Навантаження R₁ та R₂ використовуються лише в тому випадку, якщо елемент являється кінцевим каскадом. На рис. 2.45, б приведені характеристики перемикання для прямого та інверсного виходів. З них витікає, що логічні рівні ЕЗЛ змінюються в інтервалі -0,8…-1,7 В. Рівні

U ¹_вих = – 0,8 В; U ⁰_вих = – 1,7 В.

Низький рівень логічного перепаду призводить до малої статичної перешкодостійкості мікросхем.

Враховуючи лінійний режим роботи транзисторів, у забезпеченні перешкодостійкості важливу роль відіграє опорна напруга Е₀ . У схемі, приведеній на рис. 2.44, вона задається колом R₃ , VD1, VD2, R₇ і в деякій мірі залежить від напруги живлення. У подальших серіях мікросхем (наприклад, серії К1500) використовуються спеціальні схеми, які забезпечують високу стабільність Е₀ при зміні температури та напруги живлення.

Емітернo-зв’язана логіка в останні роки інтенсивно розвивається, і на її основі виготовляється декілька типів базових логічних елементів. Один з напрямків розвитку ЕЗЛ пов’язаний з переносом емітерних повторювачів з виходу диференційного каскаду на його вхід (рис. 2.46).

Перевага такого базового елемента полягає у тому, що завдяки визначеності коефіцієнта об’єднання по входу, на відміну від коефіцієнта розгалуженості, зменшується загальна кількість резисторів і оптимально розраховуються вхідні елементи схеми. Це приводить не тільки до спрощення технології, але і до поліпшення технічних характеристик базових елементів. Такі схеми мають назву емітерно-емітерно-зв’язана логіка (ЕЕЗЛ або Е²ЗЛ).

Останнім часом суттєве значення в цифровій схемотехніці має напрямок деревоподібних або багатоступінчастих логічних структур. Приклад такої структури приводиться на рис. 2.47. На кожному рівні логічного елемента по горизонталі можуть бути реалізовані функції АБО, а між рівнями – функція І.

Оскільки величини опорних напруг на кожному рівні відрізняються, то схема вимагає обов’язкового узгодження рівнів, але в цілому такі логічні схеми дають значний виграш за величиною споживаної енергії та рівнем інтеграції.

Як приклад багатоступінчастої логічної структури, приводиться схема деревоподібного логічного елемента (рис. 2.48), що реалізує декілька логічних функцій. Нульова ступінь схеми виступає джерелом постійного струму І, що подається в перший рівень логічного елемента. Цей рівень використовується логічним входом С. Логічні входи А і В реалізуються елементами другого рівня.

Логічні виходи Q₁ , Q₂ , Q₃ , Q₄ , що розгалужуються завдяки багатоемітерним транзисторам, дають можливість реалізувати чотири види логічних функцій:

Логічний сигнал С, який подається на нижній рівень, перемикає струм І в одну з схем вищого рівня, забезпечуючи реалізацію логічної операції І. На верхньому рівні ІІ можуть бути реалізовані різні логічні функції.

Враховуючи той факт, що величина t_З для елементів ЕЗЛ знаходиться в інтервалі 0,3…1 нс, на базі цієї технології будуються найбільш швидкодіючі мікросхеми. Підвищення швидкодії та зниження потужності досягається шляхом зменшення напруги живлення. Знижена перешкодостійкість, що має місце при цьому, компенсується тим, що низьковольтні ЕЗЛ-елементи використовують всередині великих інтегральних схем.

Серед мікросхем зарубіжних виробників відомі такі серії, як 10К (10102, 10181, 10209 та ін.), а також 100К (100101, 100117 та ін.). Технічні параметри їх близькі до вказаних вище.