Интегрированная логика впрыска
Интегрированная логика впрыска ( IIL , I 2 L или I2L ) — класс цифровых схем с несколькими коллекторами , построенных на транзисторах с биполярным переходом (BJT). [1] На момент своего появления он имел скорость, сравнимую с ТТЛ, но при этом потреблял почти такое же низкое энергопотребление, как КМОП , что делало его идеальным для использования в СБИС (и более крупных) интегральных схемах . В этом семействе логики вентили можно сделать меньше, чем в КМОП, поскольку дополнительные транзисторы не нужны. Хотя уровни логического напряжения очень близки (высокий: 0,7 В, низкий: 0,2 В), I2L обладает высокой помехоустойчивостью, поскольку работает по току, а не по напряжению. I2L был разработан в 1971 году Зигфридом К. Видманом и Хорстом Х. Бергером, которые первоначально назвали его логикой на слитых транзисторах (MTL). [2] Недостатком этого семейства логики является то, что вентили потребляют энергию, когда не переключаются, в отличие от CMOS.
Строительство [ править ]
Затвор инвертора I2L состоит из транзистора источника тока с общей базой PNP и инверторного транзистора с общим эмиттером и открытым коллектором NPN (т.е. они подключены к заземлению). На пластине эти два транзистора объединены. Небольшое напряжение (около 1 вольта) подается на эмиттер транзистора источника тока для управления током, подаваемым на транзистор инвертора. Транзисторы используются в качестве источников тока в интегральных схемах, поскольку они намного меньше резисторов.
Поскольку инвертор имеет открытый коллектор, проводную операцию И можно выполнить, соединив вместе выходы каждого из двух или более вентилей. Таким образом, разветвление выхода, используемого таким образом, равно единице. Однако дополнительные выходы можно получить, добавив к инверторному транзистору больше коллекторов. Ворота можно сконструировать очень просто, используя всего один слой металлического соединения.
В дискретной реализации схемы I2L биполярные NPN-транзисторы с несколькими коллекторами можно заменить несколькими дискретными 3-выводными NPN-транзисторами, соединенными параллельно, при этом их базы соединены вместе, а их эмиттеры соединены аналогичным образом. Транзистор источника тока может быть заменен резистором от положительного источника питания к базе инверторного транзистора, поскольку дискретные резисторы меньше и дешевле, чем дискретные транзисторы.
Аналогично, объединенный транзистор инжектора тока PNP и инверторный транзистор NPN могут быть реализованы как отдельные дискретные компоненты.
Операция [ править ]
Сердцем схемы I2L является инвертор с открытым коллектором и общим эмиттером. Обычно инвертор состоит из NPN-транзистора, эмиттер которого подключен к земле, а база смещена прямым током от источника тока. Входной сигнал 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).
Как и в транзисторной логике с прямой связью , между выходом (коллектором) одного NPN-транзистора и входом (базой) следующего транзистора нет резистора.
Чтобы понять, как работает инвертор, необходимо понять, как протекает ток. Если ток смещения шунтируется на землю (низкий логический уровень), транзистор закрывается, а коллектор плавает (высокий логический уровень). Если ток смещения не шунтируется на землю, поскольку на входе высокий уровень z (высокий логический уровень), ток смещения течет через транзистор к эмиттеру, включая транзистор и позволяя коллектору поглощать ток (низкий логический уровень). . Поскольку выход инвертора может потреблять ток, но не может его генерировать, можно безопасно соединить выходы нескольких инверторов вместе, чтобы сформировать проводной логический элемент И. Когда выходы двух инверторов соединены вместе, в результате получается вентиль ИЛИ-НЕ с двумя входами, поскольку конфигурация (НЕ A) И (НЕ B) эквивалентна НЕ (A OR B) (согласно теореме Де Моргана ). Наконец, выход логического элемента ИЛИ инвертируется инвертором IIL в правом верхнем углу диаграммы, в результате получается логический элемент ИЛИ с двумя входами.
Из-за внутренней паразитной емкости транзисторов более высокие токи, подаваемые в базу инверторного транзистора, приводят к более высокой скорости переключения, а поскольку разница напряжений между высоким и низким логическими уровнями для I2L меньше, чем для других семейств биполярной логики (около 0,5 В вместо около 3,3 или 5 вольт), потери из-за заряда и разряда паразитных емкостей сведены к минимуму.
Использование [ править ]
I2L относительно просто построить на интегральной схеме и широко использовался до появления логики КМОП такими компаниями, как Motorola (ныне NXP Semiconductors ). [3] и Техасские инструменты . В 1975 году компания Sinclair Radionics представила одни из первых цифровых часов потребительского уровня — Black Watch , в которых использовалась технология I2L. [4] В 1976 году компания Texas Instruments представила процессор SBP0400 , в котором использовалась технология I2L.В конце 1970-х годов компания RCA использовала I²L в своей интегральной схеме трехразрядного измерителя АЦП CA3162. В 1979 году HP представила прибор для измерения частоты на основе изготовленной HP специальной микросхемы LSI, в которой используется интегрированная логика ввода (I2L) для низкого энергопотребления и высокой плотности, что позволяет работать с портативными батареями, а также некоторые схемы функциональной логики эмиттера (EFL), в которых В HP 5315A/B необходима высокая скорость. [5]
Ссылки [ править ]
- ^ Харт, К.; Слоб, А. (октябрь 1972 г.). «Интегрированная логика внедрения: новый подход к LSI». Журнал IEEE твердотельных схем . 7 (5): 346–351. Бибкод : 1972IJSSC...7..346H . дои : 10.1109/jssc.1972.1052891 .
- ^ Зигфрид К. Видманн, Хорст Х. Бергер (1972). «Логика на объединенных транзисторах (MTL) - недорогая концепция биполярной логики». Журнал IEEE твердотельных схем . 7 (5): 340–346. Бибкод : 1972IJSSC...7..340B . дои : 10.1109/JSSC.1972.1052890 .
- ^ Джарретт, Роберт (1978). «Монолитная микросистема регулирования скорости для автомобильной техники». 1978 Международная конференция IEEE по твердотельным схемам. Сборник технических статей . IEEE. стр. 46–47. дои : 10.1109/ISSCC.1978.1155757 . S2CID 37777143 .
- ^ «Интервью Клайва Синклера по практическим вычислениям 1982 года» . Архивировано из оригинала 17 июня 2014 года . Проверено 21 июня 2014 г.
- ^ «Проект памяти HP: время, стандарт частоты и счетчик»
Дальнейшее чтение [ править ]
- Савард, Джон Дж. Г. (2018) [2005]. «Из чего сделаны компьютеры» . четырехблок . Архивировано из оригинала 2 июля 2018 г. Проверено 16 июля 2018 г.