Диодно-транзисторная логика
Диодно-транзисторная логика ( ДТЛ ) — класс цифровых схем , который является прямым предком транзисторно-транзисторной логики . Он называется так потому, что логические вентильные функции И и ИЛИ выполняются диодной логикой , а логическую инверсию (НЕ) и усиление (обеспечивающее восстановление сигнала) выполняет транзистор (в отличие от RTL и TTL ).
Реализации
[ редактировать ]Схема DTL, показанная на первом рисунке, состоит из трех каскадов: входной диодный логический каскад (D1, D2 и R1), каскад смещения 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; рядом с V+), то диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении. Резисторы R1 и R3 затем будут подавать достаточный ток для включения Q1 (перевести Q1 в насыщение), а также подавать ток, необходимый для R4. На базе Q1 будет небольшое положительное напряжение (VBE , около 0,3 В для германия и 0,6 В для кремния). Ток коллектора включенного транзистора затем понизит выходной уровень Q (логический 0; V CE(sat) , обычно менее 1 В). Если на одном или обоих входах низкий уровень, то по крайней мере один из входных диодов проводит ток и повышает напряжение на анодах до значения менее 2 Вольт. R3 и R4 затем действуют как делитель напряжения, который делает напряжение базы Q1 отрицательным и, следовательно, отключает Q1. Ток коллектора Q1 будет практически равен нулю, поэтому R2 поднимет выходное напряжение Q на высокий уровень (логическая 1; около V+).
Ранняя диодная логика с транзисторным инвертором
[ редактировать ]
Вплоть до 1952 года IBM производила транзисторы путем модификации имеющихся в продаже германиевых диодов , после чего у них появился собственный транзисторов со сплавным переходом завод по производству в Покипси . [2] [3] В середине 1950-х годов диодная логика использовалась в IBM 608 , первом в мире полностью транзисторном компьютере. Одна карта может содержать четыре двусторонних цепи, три трехсторонних или одну восьмистороннюю. Все входные и выходные сигналы были совместимы. Схемы были способны надежно коммутировать импульсы длительностью до одной микросекунды. [ нужна ссылка ]
Разработчики компьютера наведения D-17B 1962 года максимально использовали диодно-резисторную логику, чтобы минимизировать количество используемых транзисторов.
Дискретный
[ редактировать ]IBM 1401 (анонсирован в 1959 г.) [4] ) использовали схемы DTL, аналогичные схеме, показанной на первом рисунке. [5] IBM назвала эту логику «дополненной транзисторной диодной логикой» (CTDL). [6] В CTDL удалось избежать этапа сдвига уровня (R3 и R4) за счет чередования вентилей на основе NPN и PNP, работающих на разных напряжениях питания. В схемах на основе NPN использовались +6 В и -6 В, а транзистор переключался при напряжении, близком к -6 В, в схемах на основе PNP использовались 0 В и -12 В, а транзистор переключался при напряжении, близком к 0 В. Таким образом, например, затвор NPN, управляемый затвором PNP, будет видеть пороговое напряжение -6 В в середине диапазона от 0 В до -12 В. Аналогично переключение затвора PNP при 0 В осуществляется в диапазоне от 6 В до -6 В. модели 1401 использовались германиевые транзисторы и диоды. В основных затворах [7] В 1401 также добавлен дроссель последовательно с R2. [7] [8] В физической упаковке использовалась стандартная модульная система IBM .
Интегрированный
[ редактировать ]В версии вентиля DTL на интегральной схеме R3 заменен двумя последовательно соединенными диодами, сдвигающими уровень. Также нижняя часть R4 соединена с землей, чтобы обеспечить ток смещения для диодов и путь разряда базы транзистора. Полученная интегральная схема питается от одного напряжения питания. [9] [10] [11]
В 1962 году Signetics представила семейство SE100, первые DTL-чипы большого объема. В 1964 году Fairchild выпустила семейство микрологик DTμL серии 930, которое имело лучшую помехоустойчивость, меньший размер кристалла и меньшую стоимость. Это было самое коммерчески успешное семейство DTL, копированное другими производителями микросхем. [12] [13]
Улучшение скорости
[ редактировать ]
DTL Задержка распространения относительно велика. Когда транзистор переходит в состояние насыщения, поскольку все входы имеют высокий уровень, заряд сохраняется в области базы. Когда он выходит из состояния насыщения (один вход становится низким), этот заряд необходимо удалить, и он будет доминировать во времени распространения.
Один из способов ускорить DTL — добавить небольшой «ускоряющий» конденсатор к резистору R3. Конденсатор помогает выключить транзистор, удаляя накопленный базовый заряд; Конденсатор также помогает включить транзистор за счет увеличения начального напряжения базы. [14]
Другой способ ускорить DTL — избежать насыщения переключающего транзистора. Это можно сделать с помощью зажима Бейкера . Зажим Бейкера назван в честь Ричарда Х. Бейкера, который описал его в своем техническом отчете 1956 года «Схемы переключения с максимальной эффективностью». [15]
В 1964 году Джеймс Р. Биард подал патент на транзистор Шоттки . [16] В его патенте диод Шоттки предотвращал насыщение транзистора, сводя к минимуму прямое смещение на переходе коллектор-база транзистора, тем самым уменьшая инжекцию неосновных носителей до незначительной величины. Диод также мог быть интегрирован в один и тот же кристалл, имел компактную компоновку, не имел накопителя заряда неосновных носителей и работал быстрее, чем обычный переходной диод. Его патент также показал, как транзистор Шоттки можно использовать в схемах DTL и повысить скорость переключения других схем с насыщенной логикой, таких как Шоттки-TTL, при небольших затратах.
Вопросы взаимодействия
[ редактировать ]Основным преимуществом по сравнению с более ранней резисторно-транзисторной логикой является увеличенный входной сигнал . Кроме того, для увеличения разветвления можно использовать дополнительный транзистор и диод. [17]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Руководство пользователя IBM: Схемы транзисторных компонентов , стр. 20 , IBM, 1960.
- ^ Эмерсон В. Пью, Лайл Р. Джонсон, Джон Х. Палмер, IBM's 360 и Early 370 Systems , стр. 33-34, MIT Press, 1991 ISBN 0262161230 .
- ^ Бо Лойек, История полупроводников , стр. 60-61, Springer Science & Business Media, 2007 г. ISBN 3540342583 .
- ^ Computermuseum.li
- ^ IBM 1401, возможно, также использовал логику текущего режима.
- ^ IBM 1960 , с. 6
- ^ Jump up to: а б Логика IBM 1401. Архивировано 9 августа 2010 г. на Wayback Machine . Проверено 28 июня 2009 г.
- ^ ИБМ (1960). Руководство по проектированию заказчиков: Схемы транзисторных компонентов (PDF) . ИБМ. Форма 223-688 (5М-11Р-156) . Проверено 24 апреля 2012 г.
- ^ Делхэм, Луи А. (1968), «Проектирование и применение транзисторных коммутационных схем» , серия Texas Instruments Electronics, McGraw-Hill , стр. 188, в которых говорится, что резистор заменен одним или несколькими диодами; на рисунке 10-43 показаны 2 диода; цитирует Шульца 1962.
- ^ Шульц, Д. (август 1962 г.), «Высокоскоростной вентиль ИЛИ-НЕ с диодной связью», Solid State Design , 1 (8): 52, OCLC 11579670
- ^ Мир ASIC: «Диодно-транзисторная логика»
- ^ 1963: Представлено семейство стандартных логических микросхем; Музей истории компьютеров.
- ^ «История монолитных интегральных схем; Эндрю Уайли» . Архивировано из оригинала 19 июля 2017 г. Проверено 19 июля 2018 г.
- ^ Рор, Уильям Д., изд. (1963), Справочник по высокоскоростным переключающим транзисторам , Motorola, Inc. На странице 32 говорится: «По мере изменения входного сигнала заряд конденсатора перемещается в базу транзистора. Этот заряд может эффективно аннулировать накопленный транзистором заряд, что приводит к сокращению времени хранения. Этот метод очень эффективен, если выходное сопротивление предыдущего каскада низкое, поэтому пиковый обратный ток транзистора высок».
- ^ Бейкер, Р.Х. (1956), «Схемы переключения с максимальной эффективностью» , Отчет лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института TR-110 , заархивировано из оригинала 25 сентября 2015 г.
- ^ США 3463975 , Биард, Джеймс Р. , «Высокоскоростное переключающее устройство на унитарном полупроводнике, использующее барьерный диод», опубликовано 31 декабря 1964 г., выдано 26 августа 1969 г.
- ^ Миллман, Джейкоб (1979). Микроэлектроника Цифровые и аналоговые схемы и системы . Нью-Йорк: Книжная компания McGraw-Hill. стр. 141–143. ISBN 0-07-042327-Х .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Проектирование и применение схем транзисторных переключателей ; Луи А. Делом; Texas Instruments и McGraw-Hill; 278 страниц; 1968 год; LCCCN 67-22955. (см. главу 10.7)
- 1964 г. Каталог Fairchild DTμL Micrologic; 36 страниц. (см. каталог)
- Каталог Fairchild 1965 года; 49 страниц. (см. стр. 33–34)
- Сокращенный полный каталог Fairchild 1975 года; 354 страницы. (см. стр. 2-129–2-130)
- Сокращенный полный каталог Fairchild 1978 года; 530 страниц. (см. стр. с 13-110 по 13-113)
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Диодно-транзисторная логика (слайды). Архивировано 27 августа 2018 г. в Wayback Machine - Университет Коннектикута.
- Диодно-транзисторная логика. Архивировано 19 июня 2018 г. в Wayback Machine - Вавилонский университет.